Jeff CarrollGeschreven door Dr Jeff Carroll Bewerkt door Professor Ed Wild Vertaald door Lieke Klein Haar

Goedemorgen vanaf de laatste dag van de ZvH Therapeutische Conferentie 2018! Er zijn twee sessies vandaag; de eerste is gericht op het eiwit dat door het ZvH-gen gemaakt wordt. De tweede bevat updates over huntingtineverlagende onderzoeken van zowel Wave Life Sciences als Ionis Pharmaceuticals.

Donderdagochtend – huntingtine-eiwit

Iedere ZvH-patiënt heeft dezelfde mutatie geërfd, een verlenging van de sequentie C-A-G. Deze uitbreiding vindt plaats in een gen dat we nu het ZvH-gen noemen. Genen worden door cellen gebruikt als instructies om eiwitten te maken - de eerste sessie van vandaag richt zich op het ZvH-eiwit.

De structuur van het huntingtine-eiwit, gepresenteerd door Dr. Kochanek als verjaardagstaart voor de 25e verjaardag van de ontdekking van het ZvH-gen.
De structuur van het huntingtine-eiwit, gepresenteerd door Dr. Kochanek als verjaardagstaart voor de 25e verjaardag van de ontdekking van het ZvH-gen.

Sandrine Humbert, van de universiteit Grenoble Alpes, heeft al lange tijd interesse in de ontwikkeling van de hersenen en hoe het ZvH-gen en het eiwit dit proces beïnvloeden. Om dit proces te begrijpen, maakte het laboratorium van Humbert een muis die het ZvH-gen en het ZvH-eiwit in zijn hersenen miste. Ze ontdekten dat cellen zonder het ZvH-gen zich op een abnormale manier verdeelden en bewogen. Tijdens de hersenontwikkeling kruipen pasgeboren cellen naar hun juiste locatie en klimmen vaak langs ‘touwen’ die door andere cellen zijn gevormd. Dit proces wordt gewijzigd wanneer het ZvH-gen wordt verwijderd, wat een belangrijke rol voor het ZvH-gen in dit proces suggereert.

Andrea Caricasole, van IRBM Science Park, voert een grootschalige studie uit naar ‘posttranslationele modificaties’ van het huntingtine-eiwit. Dit verwijst naar kleine chemische ‘labels’ van het huntingtine-eiwit. Met deze labels kunnen cellen de functie van eiwitten aanpassen. Het huntingtine-eiwit heeft bijvoorbeeld waarschijnlijk tientallen van deze labels die worden toegevoegd en verwijderd, waardoor de functie van huntingtine wordt aangepast als reactie op een breed scala aan signalen. Veel van deze labels doen intrigerende dingen voor het huntingtine-eiwit en kunnen zelfs voorkomen dat mutant huntingtine-eiwit cellen beschadigt. We hebben hier eerder over geschreven op HDBuzz. Het team van Caricasole ontwikkelt zeer gevoelige tests voor individuele huntingtine-eiwit labels. Deze stellen hen in staat om bij te houden welke hiervan in de loop van de ziekte zijn veranderd, en zo kunnen ze misschien naar manieren zoeken om ze te verhelpen.

Rohit Pappu, van de Washington University, heeft een zeer gerichte benadering om het huntingtine-eiwit te begrijpen. Zijn lab ontwikkelt instrumenten om het deel van het eiwit te bestuderen waarvan de vorm wordt beïnvloed door de ZvH-mutatie. Het laboratorium van Pappu gebruikt hiervoor enorme hoeveelheden computerkracht om de vorm te voorspellen van het deel van het huntingtine-eiwit dat door de mutatie is veranderd. Met deze technieken kunnen ze de vorm van een ‘kikkervisje’ waarnemen. Over de vorm van dit kikkervisje is veel gediscussieerd in het ZvH-veld! De technieken van Pappu ondersteunen één kant van dit debat sterk, wat ons zeker zal helpen dit kritieke deel van het huntingtine-eiwit beter te begrijpen.

Xaio-Joang Li van de Emory University heeft een interessant muismodel ontwikkeld waarbij het huntingtine-gen kan worden uitgeschakeld bij volwassen muizen; in de hersenen, in het lichaam of in beide. Deze muizen hebben geen uitgebreide huntingtine-genen, ze helpen ons alleen te begrijpen of het uitschakelen van de ‘gezonde’ versie van het gen gevolgen heeft. Geruststellend, als het gen is uitgeschakeld, gebeurt er niets ergs in de hersenen. Onverwacht veroorzaakte het uitschakelen van het gen een ontsteking van de alvleesklier. Het is onduidelijk wat dat voor patiënten zou kunnen betekenen, maar de huidige huntingtine-verlagende behandelingen zullen naar verwachting het huntingtine-gehalte in het lichaam - alleen in de hersenen - niet significant verlagen. Li heeft ook CRISPR-Cas9-genoombewerking gebruikt om het schadelijke stukje van het ZvH-gen bij muizen weg te knippen. Het deactiveren van het mutante gen bij muizen verminderde met succes de vorming van het giftige huntingtine-eiwit en de muizen bewogen zich ook beter. Dokter Li heeft het erg druk gehad! Hij heeft teven een varken met de ziekte van Huntington gemaakt met behulp van CRISPR-genoombewerking. Dit kan nuttig zijn voor het testen van nieuwe medicijnen, omdat varkenshersenen vergelijkbaar zijn met die van mensen.

Ankur Jain van @UCSanDiego bestudeert RNA - de ‘boodschappermoleculen’ die worden gegenereerd wanneer een cel de instructies in het DNA wil gebruiken om een eiwit te maken. Ons DNA leeft in de kern van onze cellen, maar RNA zweeft vrij rond in de hele cel. De traditionele manier van denken over veel genetische hersenziekten is dat ze worden veroorzaakt door giftige eiwitten, maar er zijn steeds meer aanwijzingen dat de RNA-boodschappermoleculen die worden geproduceerd uit mutante genen soms ook giftig kunnen zijn. Sommige RNA-sequenties kunnen bijvoorbeeld vasthouden aan belangrijke eiwitmachines en voorkomen dat ze hun werk in de cel doen. Een mogelijk teken van giftig RNA is de vorming van abnormale RNA-klonters die worden gezien in cellen van de ZvH en andere hersenziekten. Jain heeft ontdekt dat hij kunstmatige klonters RNA kan vormen door het RNA te verhitten en af te koelen als gelatine. Deze klonters vormen zich alleen wanneer het RNA plakkerige sequenties bevat zoals die van de CAG-sequentie in de ZvH. Het is niet duidelijk of deze RNA-klonters schade veroorzaken bij de ZvH, maar dat zou wel kunnen. Als het RNA bijvoorbeeld vastzit in de kern, kan het niet worden gebruikt om eiwitten te genereren. Antisense-moleculen (vergelijkbaar met die momenteel in humane ZvH-onderzoeken worden gebruikt) kunnen aan het RNA in de kern blijven plakken en voorkomen dat ze klonters vormen. Andere medicijnen zouden theoretisch ook kunnen worden gebruikt om het probleem van RNA-kleverigheid bij hersenziekten aan te pakken.

Kochanek bevroor het eiwit en gebruikte een elektronenbundel om er duizenden foto’s van te maken. Die werden vervolgens met de computer gecombineerd om de allereerste foto’s te maken van de gedetailleerde moleculaire structuur van het huntingtine-eiwit.

En nu een spannend gesprek over de allernieuwste informatie met Stefan Kochanek, wiens laboratorium zojuist de structuur van het huntingtine-eiwit heeft blootgelegd! Uitzoeken hoe eiwitten eruit zien, is een heel belangrijke stap om te begrijpen hoe ze werken en hoe je dat met medicijnen kunt veranderen. Het huntingtine-gen werd 25 jaar geleden ontdekt, maar het eiwit is groot, wiebelig en plakkerig, waardoor het erg moeilijk is om de structuur ervan te ontdekken. Eén team stuurde het eiwit zelfs de ruimte in om te proberen kristallen te vormen, maar helaas zonder succes. Het team van Kochanek is geslaagd waar anderen hebben gefaald, en hun resultaten zijn zojuist gepubliceerd in Nature. De grote doorbraak was het stabiliseren van huntingtine met een ander eiwit genaamd HAP40 (‘huntingtine-geassocieerd eiwit 40’). Eenmaal gestabiliseerd met HAP40, bevroor Kochanek het eiwit en gebruikte een elektronenbundel om er duizenden foto’s van te maken. Die werden vervolgens met de computer gecombineerd om de allereerste foto’s te maken van de gedetailleerde moleculaire structuur van het huntingtine-eiwit. Dit is echt fantastisch, en geeft ons een heleboel dingen om aan te werken. Een waarschuwing: sommige gebieden waren nog steeds te wiebelig om de structuur te achterhalen - inclusief het allerbelangrijkste deel aan het begin van het eiwit dat de mutatie bevat.

Donderdagmiddag – huntingtineverlaging

Een groots einde van de dag en de conferentie als de sessie over huntingtineverlagende therapieën begint. Huntingtineverlaging verwijst naar benaderingen die gericht zijn op het verlagen van het huntingtine-eiwit. Er zijn veel manieren om dit te doen, maar velen van hen richten zich op het ‘RNA’, dat een bemiddelaar is tussen de informatie in het ZvH-gen en het huntingtine-eiwit.

Michael Rape, van UC Berkeley, is geïnteresseerd in het misleiden van cellen om individuele eiwitten in een cel te vernietigen. In veel gevallen, inclusief de ZvH, zou het erg nuttig zijn om één specifiek eiwit selectief te verwijderen. Cellen hebben meer dan één eiwitafbraakroute - een belangrijke route gebruikt een klein chemisch label genaamd ‘ubiquitin’. Cellen herkennen ubiquitine als een soort ‘eet-me-op’-signaal en breken de eiwitten af die ze dragen. Het laboratorium van Rape is betrokken geweest bij het begrijpen van de manier waarop cellen ubiquitine-labels gebruiken om eiwitten te labelen die zeer snel moeten worden vernietigd – giftige eiwitten bijvoorbeeld. Het laboratorium heeft instrumenten gebouwd waarmee onderzoekers voor het eerst eiwitten kunnen zien die door deze snelle afbraakroute gaan. De machine voor snelle eiwitvernietiging is een krachtig hulpmiddel – en die wil het laboratorium van Rape graag benutten. Een recent ontwikkelde techniek – ‘PROTAC’ genaamd - stelt onderzoekers in staat het ubiquitinesysteem te gebruiken om cellen ertoe aan te zetten specifieke eiwitten te vernietigen.

Scott Zeitlin (Universiteit van Virginia) werkt met ZvH-muizen om te achterhalen wat er gebeurt als we mutant huntingtine, normaal huntingtine of beide verlagen. Houd er rekening mee dat elke persoon van elke ouder één huntingtine-gen erft - en de meeste mensen met de ZvH hebben één normale en één gemuteerde kopie. Wetenschappers noemen het gezonde/normale eiwit ‘wild type’ omdat het in de natuur vaker voorkomt. Deze vragen zijn belangrijk omdat alle huntingtine-verlagende therapieën erop gericht zijn de totale hoeveelheid huntingtine-eiwit in de hersenen te verminderen. Sommigen, zoals het medicijn van Ionis, verminderen beide versies van het eiwit tegelijk. Anderen, zoals die van Wave, proberen het mutante eiwit meer te verlagen dan het wildtype eiwit. We denken dat het waarschijnlijk gunstig is om het mutante eiwit alleen of parallel aan het wild type te verlagen, maar het is nog de vraag of het verlagen van huntingtine veilig is. Zeitlin heeft muizen gekweekt waarin de productie van de mutante, wild type of beide eiwitten kunnen worden verlaagd nadat de muis is volgroeid. Zeitlin ontdekte dat het vroegtijdig verlagen van mutant huntingtine een groter effect had wat betreft de opbouw van het eiwit in de hersenen. Evenzo had vroege reductie van mutant huntingtine grotere voordelen bij gewichtsverlies en bewegingsvaardigheid bij de muizen. Hetzelfde gold voor het verminderen van de productie van beide types van het eiwit - vroege behandeling had grotere voordelen. Kortom: eerder is beter als het gaat om het onderdrukken van huntingtine. Eén test (grijpkracht), waarbij alleen het gemuteerde eiwit werd verlaagd, verbeterde de prestaties, maar het onderdrukken van beide versies deed dat niet. Anders waren beide benaderingen ongeveer even effectief. De belangrijkste factor is hoe vroeg de behandeling word gegeven. Zeitlin keek ook naar wat er gebeurt als je huntingtine terug laat verhogen nadat het verlaagd is, en dit was slecht voor de muizen. Dat suggereert dat langdurige behandeling beter is dan een kortdurende behandeling - precies wat we zouden verwachten.

Dit is een erg belangrijke grafiek! Het toont het percentage waarmee elke dosis HTTRx het gemuteerde huntingtine in hersenvocht verlaagde - de hogere doses bereikten een verlaging van bijna 50%, wat een geweldig resultaat is.
Dit is een erg belangrijke grafiek! Het toont het percentage waarmee elke dosis HTTRx het gemuteerde huntingtine in hersenvocht verlaagde - de hogere doses bereikten een verlaging van bijna 50%, wat een geweldig resultaat is.

Jodi McBride, van OHSU, beschrijft haar werk: ze gebruikt onschadelijke virussen om instructies te geven aan hersencellen die hen helpen hun eigen RNA-vernietigende moleculen te maken. Eén van de voordelen van dit soort benaderingen is dat de virussen ervoor zorgen dat de RNA-vernietigende moleculen voor altijd kunnen worden gemaakt. In theorie betekent dit er maar één behandeling nodig is. McBride bestudeert haar behandeling bij apen, die grote complexe hersenen hebben die veel op de onze lijken. In het bijzonder werkt haar team aan het leveren van het virus aan een deel van de hersenen dat het ‘putamen’ wordt genoemd. Het putamen is bijzonder interessant, omdat het één van de meest kwetsbare hersenregio’s bij de ZvH is - met een grote krimp tot gevolg bij mensen die de ZvH-mutatie erven. McBride beschrijft verbeteringen in de technieken van hersenoperatie die nodig zijn voor het afleveren van de virussen, inclusief het gebruik van MRI om de hersenen in beeld te brengen wanneer de injecties plaatsvinden. De virale behandeling leidde tot een vermindering met de helft van het ZvH-gen-RNA in het putamen, een opmerkelijke verbetering ten opzichte van eerdere pogingen.

Straks is Mike Panzara van Wave Life Sciences aan de beurt. Zij plannen twee testen met ‘Antisense Oligonucleotides’ (ASO’s) voor de ZvH. ASO’s zijn korte, gemodificeerde stukjes DNA die de cellen binnenkomen en een bepaald RNA vernietigen, waardoor de niveaus van een bepaald eiwit worden verlaagd.

Panzara vertelt dat Wave momenteel twee onderzoeken met ASO’s bij ZvH-patiënten uitvoert. Waarom twee? De aanpak van Wave is gericht op kleine genetische variaties - SNP’s genoemd, of ‘snips’ - in het ZvH-gen. Deze kleine variaties veroorzaken geen ZvH, ze maken slechts deel uit van de normale genetische variatie tussen mensen - de reden waarom we niet allemaal eeneiige tweelingen zijn. Interessant is dat deze varianten voorkomen op slechts op één van de twee kopieën van het ZvH-gen die elke persoon heeft. Door zich op deze varianten te richten, kunnen Wave’s ASO’s een onderscheid maken tussen de mutante en niet-mutante kopie van het ZvH-gen. Wave voert momenteel vroege veiligheidsonderzoeken uit op twee ASO’s genaamd PRECISION-HD1 en PRECISION-HD2. De ASO’s die in deze onderzoeken worden gebruikt, richten zich op verschillende genetische variaties in het ZvH-gen. De truc van deze aanpak is dat mensen niet alleen de ZvH-mutatie moeten hebben geërfd, maar ook die bepaalde varianten die het mogelijk maken dat de gemuteerde kopie van het gen een specifiek doelwit is. Deze onderzoeken zijn dus noodzakelijkerwijs gericht op patiënten met deze variaties. Wave heeft interessante nieuwe technologieën ontwikkeld om deze varianten te detecteren en te bepalen welke zich op de mutante kopie van het ZvH-gen bevinden, en niet op de normale kopie. Wave voerde een vooronderzoek uit waarin ze bij 64% van de vrijwilligers specifieke doelwitten voor hun ASO’s konden vinden

Vervolgens presenteren Anne Smith van Ionis en Sarah Tabrizi van UCL de resultaten van een proef die is ontworpen om ASO’s te testen die zich richten op beide kopieën van het ZvH-gen. Dit is het hoogtepunt van vele jaren werk - Smith herinnert het publiek eraan dat het Ionis-programma in 2005 is gestart! Ze begonnen met cel- en dierstudies, die vroegtijdig bewijs leverden dat ASO-behandelingen het huntingtine-eiwit verminderen en ZvH-achtige symptomen verbeteren. In 2012 en 2013 werden resultaten van ZvH-muismodelstudies gepubliceerd die aantoonden dat huntingtineverlaging de ZvH-symptomen verbeterde. Smith schetst de logica die ionispharma heeft gebruikt om de beslissing te nemen om ASO’s te gebruiken die op beide kopieën van het ZvH-gen zijn gericht, in plaats van alleen op de gemuteerde kopie. Een voordeel van ASO’s is dat ze wijd door de hersenen worden verspreid. Smith toont gegevens van experimenten met apen die dit aantonen nadat ASO’s in het ruggenmergvocht werden geïnjecteerd. Ionis bestudeerde ook de distributie in nog grotere dieren, zoals varkens, en zag ook hier dat het medicijn wijd in de hersen werd verspreid. Vervolgens werden toxiciteitsonderzoeken uitgevoerd en die wezen erop dat langdurige toediening van het geneesmiddel zeer goed werd verdragen (tot 15 maanden in apenonderzoeken). Het is bijna onmogelijk om hersenweefsel af te nemen van patiënten die met ASO’s worden behandeld - dus hoe weten we of de ASO zijn werk heeft gedaan? Smith beschrijft apenstudies die een verband aantonen tussen huntingtineverlaging in de hersenen en het ruggenmergvocht. Hierdoor kon Ionis een zeer gecompliceerd computerprogramma bouwen om te voorspellen hoeveel huntingtineverlaging plaatsvindt in de hersenen en het ruggenmergvocht, dat gemakkelijker toegankelijk is voor lumbale punctie. Tijdens deze fase heeft de grote farmaceutische partner, Roche - die de middelen en ervaring heeft om gecompliceerde menselijke proeven voor ASO’s uit te voeren - zich bij Ionis gevoegd.

Sarah Tabrizi neemt vervolgens het woord om de eerste menselijke proef met de ASO-behandeling van Ionis / Roche te beschrijven. Deze studie was een ‘veiligheidsstudie’. De belangrijkste reden om de studie uit te voeren was om vast te stellen of het medicijn veilig was. De studie werd uitgevoerd op negen locaties in Engeland, Duitsland en Canada. ASO’s werden aan de patiënten toegediend door injectie in het ruggenmergvocht in een ‘escalerende dosis’, wat betekent dat vroege proefpersonen een lage dosis kregen en latere proefpersonen een hogere. Deze zorgvuldige verhoging van de dosis wordt gedaan om veiligheidsbeoordelingen te kunnen uitvoeren door artsen die onafhankelijk zijn van de studie. Aan deze studie namen 46 ongelooflijk moedige vrijwilligers deel, die bereid waren enig risico te nemen daar zij de eerste mensen zijn die aan het medicijn werden blootgesteld. Onderzoekers waren in staat om niveaus van het huntingtine-eiwit in het ruggenmergvocht te meten - waarvan ze eerder hadden aangetoond dat ze heel goed correleerden met het niveau in de hersenen (dat we niet rechtstreeks kunnen meten).

Spontaan applaus klinkt als Tabrizi de dappere vrijwilligers in het eerste onderzoek bedankt en hen ‘echte onderzoekshelden’ noemt.

De grootte van de huntingtineverlaging is echt opvallend - gemiddeld maar liefst 40 à 50%! Tabrizi geeft aan dat de onderzoekers denken dat de huntingtineverlaging wel zes maanden kan blijven aanhouden . Tabrizi voorspelt dat deze vermindering overeenkomt met de vermindering in de herseneiwitten. Ionis heeft een soort model gebouwd waarmee ze voorspellingen kunnen doen over de relatie tussen huntingtineverlaging in het ruggenmergvocht en hersenweefsel. Dit model suggereert dat huntingtineverlaging in het hersenweefsel behoorlijk hoog kan zijn. Patiënten werden zeer zorgvuldig gecontroleerd op veiligheid, en er werden geen grote bijwerkingen gevonden. Tabrizi – “Het medicijn was veilig en werd goed verdragen bij alle geteste doses”. Succes! Alle proefpersonen van de studie maken nu deel uit van wat een ‘open label extensie’ wordt genoemd – degenen die eerst een placebo kregen, krijgen nu het geneesmiddel en zullen blijven worden gecontroleerd. Spontaan applaus klinkt als Tabrizi de dappere vrijwilligers in het eerste onderzoek bedankt en hen ‘echte onderzoekshelden’ noemt.

Wat een manier om deze bijeenkomst te beëindigen - ongelooflijk spannende tijden in het verschiet, aangezien Roche en Ionis de volgende proef reeds plannen. Die is erop gericht om te bepalen of het middel de ZvH-symptomen bij grotere aantallen mensen verbetert.

Update: Ionis ‘community statement over de resultaten.

Medeoprichter van HDBuzz Ed Wild is onderzoeker in het Ionis HTTRx-programma en lid van de wetenschappelijke adviesraden voor Ionis en Roche en voorheen Wave. Daarom is de inhoud van deze proeven geschreven door Jeff Carroll. Jeff werkt samen met Ionis aan muisonderzoeken, maar was niet betrokken bij deze proef. Voor meer informatie over het beleid rondom mogelijke belangensconflicten, zie FAQ…