Velká naděje pro lidi s Huntingtonovou nemocí

Liam Drew, Nature, květen 2018, překlad Zuzana Maurová

Na setkání Huntington Disease Network v zaří 2017 oznámila Sarah Tabrizi spuštění zkoušky léku. Sarah Tabrizi, neuroložka a ředitelka Huntington’s Disease Centre University College London, bude ve spolupráci s Ionis Pharmaceuticals of Carlsbad v Kalifornii testovat poprvé na lidech bezpečnost a toleranci slibného přípravku nazvaného IONIS-HTT_RX. Lék byl navržen tak, aby snižoval množství proteinu, který produkuje gen zodpovědný za Huntingtonovu chorobu.

Tím genem je huntingtin (HTT). Pouhá jedna zděděná mutovaná kopie přivodí progresivní nerodegeneraci, která se typicky projeví po čtyřicátém roce života. Nejcharakterističtějším symptomem nemoci jsou mimovolní trhavé pohyby končetin. Předchází je nepatrnější psychiatrické symptomy a následuje naprostá demence.

IONIS-HTT_RX je antisense (protisměrný) oligonukleotid (ASO): umělý řetězec 12-25 nukleotidů, který má bránit produkci proteinu ze specifického genu. V testu dostanou lidé v počátečním stadiu Huntingtonovy nemoci čtyřikrát po měsíci prostřednictvím lumbální punkce ASO přímo do mozkomíšního moku (CSF). Očekává se, že IONIS-HTT_RX pronikne do mozku, kde by měl potlačit produkci mutovaného proteinu huntingtin v neuronech. Sarah Tabrizi a Ionis využijí nové zkoušky jednak k ujištění, že lék nemá vedlejší účinky, jednak k měření hladiny mutovaného huntingtinu.

HD komunita byla ze zkoušky nadšená – způsob, jak „umlčet“ HTT, byl hledán od chvíle, kdy byl roku 1993 gen objeven. Ale cesta k využití ASO jako léčby byla trnitá, zacílit lék na mozek je mimořádně obtížné. Sarah Tabrizi si vybavuje, že jí po prezentaci kolegové varovali: „Tohle nikdy nezasáhne mozek. Tohle nikdy nebude fungovat.“

V prosinci 2017 však tisk oznámil, že se pochybovači mýlili – zkouška byla úspěšná. A v březnu 2018 Sarah Tabrizi zveřejnila na závěrečném setkání 13. výroční konference Huntington’s Disease Therapeutics závěrečná data.

Nejdůležitější snímek této její prezentace ukazoval pokles hladiny mutovaného genu v mozkomíšním moku účastníků testu – indikativ redukce hladiny toxického proteinu v jejich mozcích – který byl proporční k množství léku, které účastníci dostali. Po dvou nejvyšších dávkách produkce proteinu poklesla průměrně o 40 %.

„Lidé začali brečet,“ říká Jeff Carroll, neurovědec, který zkoumá Huntingtonovu chorobu na Western Washington University v Bellinghamu. „Každý, kdo pracuje na Huntingtonově nemoci dost dlouho, se setkává s rodinami, seznámí se s nimi, takže je to velmi osobní.“

Spojení Jeffa Carrolla s nemocí je zvláště hluboké. Pro neurovědu se rozhodl poté, co byla u jeho matky diagnostikována Huntingtonova choroba. Později, v roce 2003, zjistil, že i on má mutaci vedoucí k nemoci. Při pohledu na prezentaci Sarah Tabrizi si pomyslel: „Tenhle snímek změní můj život.“

Sarah Tabrizi zdůrazňuje, že test neukazuje, že je IONIS-HTT_RX schopný léčit Huntingtonovu nemoc. Je z něj jen patrné, že lék je bezpečný a dobře tolerovaný a – což je zásadní – že zasáhl svůj cíl v mozku. „To, co teď musíme udělat, je posunout se rychle k větší a delší zkoušce, která bude testovat, zda lék zpomaluje progresi nemoci,“ říká Sarah Tabrizi.

Tyto zkoušky bude provádět basilejská firma Roche (Švýcarsko). V roce 2013 spolupracovala s firmou Ionis na vývoji IONIS-HTT_RX a po počáteční zkoušce získala lék za 45 milionů USD. Firmy budou nadále spolupracovat. Pokud půjde všechno podle plánu, velká 3. fáze zkoušky IONIS-HTT_RX bude zahájena ještě v roce 2018.

Při hodnocení, kde se projekt nachází nyní, říká Sarah Tabrizi, že se jí v této souvislosti líbí citát Winstona Churchilla: „Tohle není konec. Není to ani začátek konce. Je to ale snad konec začátku."

Začátek začátku

Molekulární základy technologie antisense oligonukleotidů jsou záležitostí středoškolské učebnice. V dvouvláknových nukleových kyselinách se guanin váže s cytosinem a thymin (v DNA) nebo uracil (v RNA) se váže s adeninem. Toto párovaní umožňuje DNA jak replikovat, tak zásobovat buňky instrukcemi pro výrobu proteinu.

ASO jsou vytvořeny tak, aby se navzájem doplňovaly s mediátorovými RNA (mRNA) určitých genů, které fungují jako předloha pro výrobu proteinu. Když buňku zaplaví specifická ASO, naváže se ASO na svůj cíl, jímž je mRNA, a ochrání ji před syntézou proteinu.

Před čtyřiceti lety vědci na Harvard University v Cambridge, Massachusetts, demonstrovali, že antisense oligonukleotid vytvořený z DNA může zastavit replikaci viru blokováním výroby proteinu viru. O rok později, v roce 1979, bylo prokázáno, že svázání ASO s mRNA nejen brání syntézy proteinu, ale také aktivuje degradaci mRNA.

V naději, že by antisense oligonukleotidy mohly v zásadě potlačit expresi jakéhokoli genu, vzbudily tyto objevy čerstvá očekávání nového přístupu k léčbě mnoha nemocí. A nemoci jako je Huntingtonova choroba, způsobené vadnými geny, které produkují proteiny s toxickým efektem, se zdály být zvláště slibnými cíli.

Byl zde však značný problém: DNA produkuje špatný lék. Dobrý lék směruje distribuci rovnoměrně po celém těle tak, aby se patřičné množství dostalo ke kýženému cíli. Proto musí lék vydržet dostatečně dlouhou dobu. V tomto bodě čelí antisense oligonukleotidy hlavnímu problému, jsou-li podány savcům, kteří produkují vysoké hladiny enzymů nazývaných nukleázy, které rozkládají nukleové kyseliny.

Navíc, aby byly ASO efektivní, musí se také vázat k cílové mRNA jak těsně, tak specificky. Komplementární párování bází znamená, že ASO daly přednost partnerské mRNA. Avšak protože se jedná o vysoce nabité molekuly, mohou se ASO také vázat na mRNA, s nimiž nejsou dokonale komplementární (čímž ovlivňují expresi dalších genů), stejně jako na proteiny. Obě možnosti mohou být příčinou chybně zacíleného efektu a toxicity.

Vyvinutí skutečné léčby založené na ASO vyžaduje vytvoření molekul, které si udrží vlastnost komplementárního párování bází, již mají nukleové kyseliny, ale jinak chemii ASO přepracují.

Ústředním hráčem je v této snaze už od svého založení v roce 1989 Ionis. Frank Bennett, viceprezident pro výzkum, který založil laboratoře společnosti a později vedl výzkum IONIS-HTT_Rx, zdůrazňuje, že základem společnosti Ionis byl „zrod nápadu na technologii“. Na rozdíl od jiných start-upů nezískávali licence na technologii odjinud. A technologie, kterou – jako další společnosti vyvíjející ASO – vytvořili, prošla podstatným vývojem.

Zpočátku se společnost zaměřila na léčbu virových infekcí a rakoviny. Využívala ASO první generace, jejichž klíčové části už byly chemicky modifikované tak, aby se lišily od těch z DNA, což nepatrně zvyšovalo jejich resistenci k nukleáze. V roce 1998 se lék společnosti Ionis Fomivirsen (Vitravene) stal prvním ASO, který schválil US Food and Drug Administration. Byl injekčně aplikován do očí pacientům s AIDS k léčbě virové infekce, která může způsobit oslepnutí u lidí s ohroženým imunitním systémem. Ale léčba infekce HIV pokročila, podařilo se zachovat imunitní odpověď a lék přestal být používán. Další prvotní ASO nebyly klinicky úspěšné. V polovině 90. let se několik firem, které hodně do technologie ASO investovaly, stáhlo.

Frustrace se rozšířila i do základního výzkumu. První publikovaná zpráva o pokusu potlačit produkci huntingtinu u myší za použití ASO popisovala neúspěšný experiment. Studii vedl Ole Isacson, výzkumník, který zkoumá neurodegeneraci na Harvard StemCell Institute v Cambridge. Na dobu, která následovala po roce 1993, kdy byl popsán HTT, vzpomíná jako na rozporuplný čas. „Lidé byli tak okouzlení genetikou. Mysleli si, že když máte gen, máte i lék. Ti z nás, kdo měli přímou zkušenost s prací na modelech nemoci, tento pocit neměli.“

Frank Bennett souhlasí. Objev HTT vzbudil jeho zájem o Huntingtonovu nemoc, ale „v té době jsme ještě nebyli připraveni,“ říká. Společnost Ionis se místo toho zaměřila na stabilizaci ASO. Na konci devadesátých let a v prvních letech nového milénia byla vyvinuta druhá generace ASO obsahující další chemické modifikace, které zvýšily rezistenci vůči rozkladu nukleázou. Ole Isacson si myslí, že vylepšení stability současných ASO, které mohou být aktivní po měsíce, je ve srovnání s krátkou životností molekul, které použil v roce 1997, „jedním z největších pokroků v technologii, které kdy viděl.“ Hned poté, co společnost Ionis vyvinula tyto ASO, začal Frank Bennett řešit genetické mozkové poruchy.

K dosažení tohoto cíle začala v roce 2003 společnost Ionis spolupracovat s Donem Clevelandem, neurovědcem na Kalifornské univerzitě v San Diegu, která se zabývá léčbou genetické formy amyotrofické laterální sklerózy či neuromotorických poruch. Povzbuzeni pokrokem, kterého dosáhla Ionis a Cleveland na myších modelech této nemoci, začali v roce 2006 pracovat na Huntingtonově chorobě. V roce 2012 publikovali studie ukazující, že ASO zacílené na HTT mRNA u myších modelů nemoci dokázaly zvrátit symptomy podobné těm u Huntingtonovy choroby, vedle toho bylo prokázáno, že ASO regulují produkci huntingtinu v mozku opic makak rhesus.

Po tomto ověření koncepce společnost Ionis navrhla a validovala antisense oligonukleotid, který bude účinný u lidí, stanovila nejlepší způsob, jak jej dodat do mozku – například optimalizací lumbální punkce – a pak určila ty části mozku, které lék s největší pravděpodobností zasáhne. Nakonec se Sarah Tabrizi, společností Roche a CHDI Foundation (americkou neziskovou organizací, která financuje výzkum Huntingtonovy choroby) vyvinuli test ke sledování hladin mutovaného huntingtinu.

Konec začátku

Optimismus, který obklopuje IONIS-HTT_RX , pramení z prokázaného vztahu mezi sníženými hladinami mutovaného huntingtinu a zlepšením symptomů u zvířecích modelů Huntingtonovy choroby. Někteří vědci se obávají, že IONIS-HTT_RX snižuje nejen produkci mutovaného huntingtinu, ale také syntézu normálních proteinů.

Je tomu tak proto, že selektivně zaměřit mRNA z mutované kopie HTT – a ponechat mRNA z normální kopie nedotčenou – představuje obrovskou technickou výzvu. Mutace, která způsobuje Huntingtonovu chorobu, je příliš dlouhé opakování nukleotidového tripletu CAG normální HTT obsahuje 17-35 následujících tripletů, zatímco u lidí s nemocí, alespoň jedna kopie genu má 36 nebo více opakování. Následkem toho ASO z asi 20 nukleotidů, které cílí na CAG opakování, by se vázaly na normální i nemoc způsobující verzi HTT mRNA. Problematické je i to, že více než 50 jiných lidských genů také obsahuje 10 nebo více CAG opakování, což znamená, že zacílení sekvence by mohlo mít nežádoucí vedlejší účinky.

Alternativní přístup k zacílení na HTT mRNA bylo vyvinuto firmou Wawe Life Sciences. v Cambridge, Massachusetts. Jejich strategie využívá funkčně nevýznamných rozdílů, které mohou být často nalezeny mezi dvěma kopiemi HTT jednoho člověka. Pokud se jejich gen, který je příčinou nemoci, liší od jejich normální kopie jediným nukleotidem – mají například A místo C – může být navržen ASO zacílený jen na HTT mRNA obsahující tento náhradní nukleotid. Mutace je známá jako jednonukleotidový polymorfismus (SNP). „Mohli bychom udělat z těchto jednonukleotidových polymorfismů terapeutické cíle pro léky,“ říká Paul Bolno, prezident a generální ředitel společnosti Wave.

Společnost Wave byla založena na inovativních postupech výroby antisense oligonukleotidů, v nichž vnitřní symetrie – nebo asymetrie – každého nukleotidu je během syntézy ASO specifikována. Ale přístup společnosti Wave k Huntingtonově chorobě, který se zakládá na zacílení SNP, vyžaduje také technické inovace ve stanovování genotypu. Pokud má lékař předepsat lék, který tlumí gen na základě toho, že obsahuje konkrétní SNP, bude si muset být jistý, že SNP je ve verzi, která je příčinou pacientovy nemoci: neúmyslné utlumení normální kopie a ponechání mutovaného HTT nezasaženého by mohlo nemoc urychlit. Při běžném sekvenování je kombinována DNA z dvou kopií genu jedince – možné je zjistit, jaké mutace člověk má, ale ne na kterém chromozómu (toho páru) se nacházejí. Rozhodnout to u Huntingtonovy choroby znamená, že sekvenční reakce musí sledovat stejné vlákno DNA z oblastí CAG repetic k SNP, který je užívaný k rozlišení mezi verzemi genu. Wave tvrdí, že její platforma sekvenování to dokáže. Ale pro získání regulatorního schválení by musela být míra chybovosti v zásadě nulová.

Společnost právě začala samostatnou fázi I zkoušek dvou ASO, z nichž každá cílí na jeden ze dvou nejběžnějších SNP v mutovaném HTT. Tento přístup reprezentuje personalizovanou cestu k léčbě Huntingtonovy choroby – prospět může jen lidem se zacílenými SNP. Bohužel asi 30 % lidí s nemocí nemá ani jeden z těchto SNP. Paul Bolno říká, že další SNP Wave hledá.

Potřeba specifičnosti je problematická. Paul Bono uvádí studie na myších, při nichž vypnutí produkce normálního huntingtinu mělo za následek škodlivé účinky, jako důkaz, že by potlačení obou forem huntingtinu u lidí mohlo mít nechtěné následky.

Ionis a Sarah Tabrizi však nesouhlasí. Ačkoli studie na myších ukazují, že normální huntingtin je zásadní pro raný vývoj, zdůrazňují, že u dospělých zvířat je jeho funkce daleko méně důležitá. Vedle toho poukazují na to, že ASO neredukují hladiny huntingtinu na nulu. Citují jiné studie na myších, v nichž snížení, ne však úplné odstranění huntingtinu, nemělo žádné nepříznivé účinky. Navíc, říkají, makakové rhesus, kterým byl podáván IONIS-HTTRx po dobu až devíti měsíců, nevykazovali žádné škodlivé účinky.

Obě společnosti, Ionis i Wave, spolupracují s Jeffreyem Carrollem na rozluštění tohoto stěžejního problému. Jeffrey Carroll bezradně cituje dvě téměř identické studie na myších, které prezentují radikálně rozdílné výsledky. „Právě teď, nevíme dost,“ říká. „A z myší toho víc nedostaneme“.

Další otázka, která se týká dlouhodobé budoucnosti ASO, je přijatelnost pravidelného provádění lumbálních punkcí pacientům třeba i po desetiletí. ASO, které dokáží překonat hematoencefalickou bariéru a nemusí být zavedeny přímo do mozkomíšního moku (CSF), jsou stále ještě v počátcích vývoje. Existují i jiné metody, než je lumbální punkce, jak dostat léky do CSF: někteří lidé s roztroušenou sklerózou používají za tím účelem například implantované pumpy. Sarah Tabrizi říká, že hledání alternativního systému dodání léku je „problém k řešení až ve fázi po schválení léku“. Poznamenává, že vzhledem k faktu, že žádná současná léčba není schopná nemoc zastavit, jsou lidé s Huntingtonovou chorobou srozuměni s tím, že budou muset navštěvovat nemocnici pravidelně, aby jim mohla být léčba podána.

Jiné potenciální genetické postupy léčby mají tu výhodu, že musí být podány pouze jednou. V tuto chvíli takovou nejproveditelnější alternativou je interference RNA (viz Další způsob jak zastavit huntingtin). Podíváme-li se do budoucnosti, editace genů CRISPR by mohla opravit HTT přímo. Ale ačkoli nadšení, které tuto techniku obklopuje, je oprávněné, historie ASO ukazuje, že je potřeba spousta práce k tomu, aby se myšlenky posunuly do klinické fáze.

„ASO jsou na pořadu dne“ pro Huntingtonovu chorobu a možná i pro nemoci mozku obecně, říká Sarah Tabrizi. Nyní se může nad pochybovači, na něž narazila, když oznamovala zkoušku, pousmát. „To je věda,“ říká. „Když se snažíte najít nové terapie, vždycky se najdou skeptici, a vy jen musíte pokračovat v tom, čemu věříte. A já jsem věřila právě v tohle.“

Jeffrey Carroll, jako mnoho dalších vědců a lidí, kterých se Huntingtonova choroba týká, se veze na vlně čerstvé naděje od té doby, co Sarah Tabrizi oznámila v březnu výsledky zkoušky ASO. „Od té doby, co znám svou diagnózu,“ říká, „jsem předpokládal, že zemřu ve stejném věku jako matka – že onemocním v době, kdy onemocněla ona. Když jsem viděl ten graf, poprvé jsem uvěřil, že by to mohlo být lepší.“

Originál článku neleznete v PDF příloze.