Cystická fibróza drogy cíl chybně proteinů u kořene nemoci

v průběhu dvou desetiletí strávil rozvojových léčby genetických onemocnění plic cystická fibróza, biolog Fredrick Van Goor má za sebou stovky rozhovorů s pacienty. Na jednu si ale pamatuje především.,

diskuse byla o tom, genetiky cystická fibróza, onemocnění, které se vyvíjí, když člověk zdědí dvě vadné kopie cystická fibróza transmembránový vodivost regulátor (CFTR) gen. Tento gen kóduje protein CFTR, který se nachází v buněčné membráně a transportuje chloridové a hydrogenuhličitanové ionty z buňky. Více než 2000 variant CFTR byly identifikovány, a více než 350 z nich jsou známo, že produkují dostatek narušení bílkovin je funkce pro spuštění vysilující a život zkracující onemocnění.,

zaměření Na konverzaci bylo nevyhnutelné nerovnosti personalizované medicíny, který může být vysoce efektivní pro lidi, kteří splňují určitá kritéria, ale bude to nechat ostatní za sebou — jako tomu bylo v případě tohoto pacienta. „Popsal to jako, že je na potápějící se lodi, když všechny ostatní záchranné čluny odešly,“ vzpomíná Van Goor. „Ten obraz se mnou uvízl.“

Van Goor, vedoucí cystická fibróza výzkumu na Vertex Pharmaceuticals v San Diego, Kalifornie, měl hlavní roli v budování největší záchranný člun pro cystickou fibrózu zatím: trháku kombinace drog Trikafta., Droga dosáhla prodeje ve výši 420 milionů USD v prvních 10 týdnech po jejím spuštění na konci roku 2019, což daleko překračovalo očekávání.

„myslím si, že je to velký rozdíl,“ říká Martina Gentzsch, molekulární biolog studuje CFTR na University of North Carolina v Chapel Hill. „Úspěch na klinice skutečně ospravedlňuje, že se jedná o naprosto vynikající léčbu.“Trikafta je indikován u lidí s cystickou fibrózou, kteří nesou alespoň jednu kopii mutace známé jako F508del., Jedná se o nejčastější mutaci cystické fibrózy, která se vyskytuje u více než 80% z více než 90 000 lidí s cystickou fibrózou na celém světě.

příchodem cystická fibróza terapie, které se zaměřují na specifické CFTR mutace přetvořila vědců pochopení toho, jak skupina neuvěřitelně rozmanité mutace do tříd, a podnítil rozvoj přístupů k testování účinnosti léků. Je také inspirativní úsilí najít léčbu pro ty pacienty, kteří zůstali pozadu — rozšířit flotilu záchranných člunů.,

Metodická práce

před Dvěma desítkami let, jen terapie pro cystickou fibrózu léčit příznaky nemoci, jako je fyzikální terapie jasné hlenu z plic a antibiotika k léčbě infekce. Nadace cystické fibrózy, nezisková organizace se sídlem v Bethesdě v Marylandu, chtěla podpořit vývoj léčby, která by se zaměřila na základní příčinu onemocnění., Nadace uzavřela dohodu s Aurora Biosciences, společnost San Diego specializující se na screening s vysokou propustností, hledat sloučeniny, které by mohly zlepšit funkci vadných proteinů produkovaných vadnými geny CFTR. Když Vertex Pharmaceuticals, která má své ústředí v Bostonu, Massachusetts, koupil společnost v roce 2001, je to stále na programu bude, že přidá své vlastní odborné znalosti v syntéze molekul rozšířit hledat, co je známo jako CFTR modulátory.

z dnešního pohledu vypadá přístup jako „bez přemýšlení“, říká Van Goor., Pamatuje si však, že v té době byl program cystické fibrózy interně znám jako „fantasy projekt“. Nikdo nevěděl, zda by bylo možné najít molekuly zvrátit účinky mutací na funkci proteinu, protože se to nikdy předtím neudělal, pro jakékoliv nemoci.

Van Goor vypráví příběh jako jeden z metodické práce, což vede k stabilní, kumulativní pokrok — i když ne po úplně přímočarou cestu., Tým věděl, že chce léčbu, která by mohla zachránit funkci F508DEL CFTR, protože to by pomohlo největší skupině lidí s cystickou fibrózou. Ale F508del je komplikovaný cíl.

různé mutace CFTR mají různé účinky. Některé se zabránilo syntézu nějakého proteinu nebo mít za následek příliš málo bílkovin; ostatní výnos protein, který nikdy dělá to na jeho správné místo v buněčné membráně, nemusí pracovat účinně, když se dostane tam, nebo není tam zůstat tak dlouho, jak je třeba. Různé kategorie CFTR-modulátorových léků se zaměřují na tyto různé problémy., Vědci si navíc stále více uvědomují, že mnoho mutací vede k více kategoriím dysfunkce.

V případě, F508del, ztráta jediné aminokyseliny asi jeden-třetina cestě podél CFTR proteinu vede ke dvěma vady: výsledný protein má potíže při cestě do buněčné membrány, a několik kopií z bílkovin, které se tam moc dobře nepracuje, protože část bílkovin, které tvoří kanál přes buněčnou membránu není otevřít a zavřít správně.,

Takže náš Vrchol tým věděl, že to bude potřebovat kombinaci alespoň dvou léků: korektor pomoci stabilizovat mutací F508del bílkovin a pastýř, je na povrchu buňky, a potenciátor pomoci to fungovat, jakmile se tam dostane.,

vědci nakonec nejprve vyřešili druhý problém: identifikovali potenciátor, přezdívaný ivacaftor, který pomáhá kanálu v proteinu CFTR zůstat otevřený. Samotná molekula by nestačila k obnovení funkce F508DEL CFTR. Mohlo by to však změnit lidi s mutací známou jako G551D, která ovlivňuje pouze otevření a uzavření membránového kanálu.,

V roce 2012, US Food and Drug Administration (FDA) a Evropská léková Agentura schválila ivacaftor, prodávané pod obchodním názvem Kalydeco, pro lidi s cystickou fibrózou, kteří mají alespoň jednu kopii G551D. G551D tvoří více než 2% všech cystická fibróza alely, nebo formy CFTR genu. Přesto zde byl důkaz ,že „fantasy projekt“ by mohl přinést výsledky ve skutečnosti.

míchání a odpovídající

dále tým obrátil svou pozornost na korektory., Vědci identifikovali slibného kandidáta, lumacaftora, který by mohl jednat společně s ivacaftorem, aby zlepšil funkci F508DEL CFTR. Tato kombinace terapie, tzv. Orkambi, byla schválena v roce 2015 pro lidi, kteří mají dvě kopie mutace F508del — o 42% lidí s cystickou fibrózou po celém světě. Lepší korektor, tezacaftor, byl pak v kombinaci s potenciátor ivacaftor a schválen v roce 2018 pod značkou Symdeko pro stejný počet obyvatel, stejně jako pro ty, kteří se jednu kopii F508del plus 17 další mutace na druhé alel CFTR., Konečně, k výrobě Trikafty, tým Vertex přidal druhý korektor, elexacaftor, ke dvěma lékům, které tvořily Symdeko.

dva korektory v Trikafta pracují na různých částech proteinu CFTR a společně mají synergický účinek. Kombinace je tak účinné na zlepšení funkce F508del CFTR, že to může mít každý, kdo nese jen jednu kopii mutace F508del, bez ohledu na to, jakou mutaci nesou na druhou alelu — nechat jiné velké skupiny lidí do záchranných člunů.

“ je to velmi slibné., O tom není pochyb, “ říká molekulární biolog Gergely Lukacs. Ale Lukacs, který studuje funkce CFTR na McGill University v Montrealu, Kanada, varuje, že Trikafta dlouhodobé výhody nejsou zatím jasné, a říká, že zkušenosti z minulosti ukazují, že očekávání by měla být udržována skromný, až více real-svět dat byly shromážděny. Například, Kalydeco ukázal dramatický počáteční účinky u lidí s mutací G551D, ale nepodařilo zastavit pokles plicních funkcí v dlouhodobém horizontu — možná proto, že pre-existující poškození plic. Něco podobného by mohlo nastat u Trikafty., „Musíme počkat a uvidíme,“ říká Lukacs.

Vertex v současné době provádí klinické studie Trikafty u mladších účastníků (počáteční schválení je pro osoby ve věku 12 a starší), jak tomu bylo u předchozích léků na cystickou fibrózu. Konečným cílem společnosti je mít sadu terapií, které by mohly být zahájeny u kojenců brzy po diagnóze — a tak se doufá, že zabrání poškození plic a zlepší dlouhodobé výsledky.,

společnost plánuje udržet své jiné cystické fibrózy léků na trhu, i když se očekává, že většina pacientů bude nakonec přepnout na Trikafta, protože jeho potenciálně větší účinnost. Tým Vertex také pokračuje v testování dalších molekul, které by se v budoucnu mohly stát součástí vylepšených kombinovaných léků. Nová verze ivacaftoru je v klinických studiích fáze II, stejně jako potenciální korektorová molekula.

ani Vertex není jedinou společností na lovu těchto léků., Farmaceutická společnost AbbVie v Chicagu, Illinois, testuje více potenciátorů a korektorů v klinických studiích fáze I a II. Flatley Discovery Lab a Proteostasis Therapeutics, oba v Bostonu, každý má potenciátor a korektor v lidských studiích.

jako korektory proliferují, pochopení, na kterou část proteinu CFTR každý korektor působí, bude stále důležitější, říká Lukacs. Vědci mohou navrhnout účinnější kombinované terapie, vysvětluje tím, že zahrnují sloučeniny, které mají různé mechanismy působení nebo různá vazebná místa.,

Další typy CFTR modulátory jsou také ve vývoji: zesilovače pro zvýšení proudění chloridových iontů prostřednictvím CFTR kanálu, a stabilizátory rozšířit protein je životnost v buněčné membráně. Další vývoj těchto přístupů by mohl poskytnout léčbu lidem s některými vzácnými mutacemi cystické fibrózy, které nereagují na stávající léky — ale jen málo kandidátů v těchto třídách vstoupilo do klinických studií.

lék pro každého pacienta?,

snaha vyvinout modulátory CFTR a zejména touha najít léčbu vzácných mutací posunula, jak vědci chápou mutace, které způsobují onemocnění. Obvykle jsou tyto mutace rozděleny do šesti tříd na základě jejich účinků na strukturu a funkci bílkovin. Ukázalo se však, že ne všechny mutace ve stejné třídě reagují na stejný modulátor CFTR. Dále komplikující záležitosti, někdy mutace v různých třídách by však mohly být zaměřeny na stejnou drogu.,

„jak jsme si stále více uvědomovali různé vlastnosti CFTR, nic není jednoduché,“ říká Garry Cutting, klinický genetik na Johns Hopkins University v Baltimoru v Marylandu. Řezání bylo jedním z několika vědců, kteří navrhli klasifikaci proteinů CFTR jako „theratypes“, systém, který také zahrnuje, jak mutace reagují na různé modulátory CFTR.

myšlenka theratyping bylo“, aby bylo jednodušší, aby se tyto léky dostupné pro co nejvíce pacientů, jak je to možné, zvláště pokud mají vzácná varianta“, Řezání říká. Řezání směruje CFTR2.org, referenční databáze provozovaná společně Johnsem Hopkinsem a Nadací pro cystickou fibrózu, která dokumentuje varianty CFTR. Databáze byla nejprve vytvořena, aby pomohla s diagnózou, ale stala se také úložištěm informací o theratypingu.,

současně vědci přišli se způsoby, jak testovat účinnost léků na vzácných mutacích. Rozsáhlé klinické studie jsou v těchto případech nepraktické, říká Van Goor: „jak získáte souhlas s léky, když je na světě pouze jeden nebo dva lidé s touto konkrétní mutací?“Aby se tento problém vyřešil, komerční a akademičtí vědci použili systémy buněčné kultury ke shromažďování údajů o náchylnosti vzácných mutací k různým lékům., Na základě údajů in vitro společnost Vertex zajistila schválení FDA pro použití svých léků u lidí s několika vzácnými mutacemi-první pro regulační agenturu.

takové strategie rozšířily dosah některých vertexových léků. Kalydeco bylo schváleno pro 37 dalších vzácných mutací, které stejně jako G551D ovlivňují hlavně otevírání a zavírání kanálů. Populace způsobilá pro Trikaftu by se mohla podobným způsobem rozšířit, předpovídá Lukacs.,

Usměrňování nové léčby

Stále, dokonce i kompletní sadu CFTR modulátory je pravděpodobné, že opustí jednu skupinu lidí s cystickou fibrózou: 7%, nebo tak, kteří produkují ne CFTR protein.

některé potenciální léčby této skupiny mohou být užitečné pro všechny s cystickou fibrózou. Genová terapie slibuje způsob, jak léčit onemocnění tím, že řeší příčinu. Existují také léky, které buď zvyšují nebo inhibují funkci jiných proteinů, kromě CFTR, které transportují chloridové nebo sodíkové ionty z buňky., Zlepšení výkonu těchto proteinů iontového kanálu by mohlo pomoci kompenzovat nedostatek funkčního CFTR.

další přístupy, které pomáhají lidem, kteří vůbec nevytvářejí žádný protein CFTR, by byly specifičtější pro mutaci. Mnohé tyto mutace za následek to, co je tzv. předčasného stop kodonu, který zásadně píše „Konec“ uprostřed genu je protein-návod na výrobu. To způsobuje, že ribozom, továrna buněčných proteinů, produkuje zkrácený nefunkční protein.

Read-through léky jsou jedním z možných řešení tohoto problému., Tyto molekuly indukují ribozom přeskakovat bludný stop signál a produkují mírně změněné, ale v plné délce, funkční protein.

antibiotikum gentamicin je známo, že mírně zvyšuje čtení, ale je příliš toxické pro dlouhodobé užívání. Vědci hledají bezpečnější kandidáty, ale neexistuje žádný systematický způsob, jak je najít. „Měly by existovat některé, ale není mnoho způsobů, jak podvádět ribozom,“ říká Alexandre Hinzpeter, který studuje proteinové modulační terapie v biomedicínské výzkumné agentuře INSERM v Paříži.,

Nalezení léčby pro lidi s předčasné stop kodony je také pravděpodobné, že vyžadují obcházení nonsense-mediated decay, druh buněčné korektury proces, který zbaví aberantní protein-kódování instrukce, nebo přepisy, než se vůbec dostanou na ribozomu. To však vyžaduje pečlivou kalibraci: přílišné narušení tohoto procesu by mohlo mít katastrofální účinky na celkovou funkci buňky. „Musíte najít nějaký způsob, jak chránit svůj přepis, na který se zaměřujete, ale zbytek buňky udržujte v normálním množství nesmyslně zprostředkovaného rozpadu,“ říká Hinzpeter.,

mnoho genetických onemocnění zahrnuje mutace, které zavádějí předčasné Stop kodony. Takže teoreticky by terapie vyvinutá pro cystickou fibrózu mohla také pomoci lidem s jinými stavy, říká Hinzpeter. To se však v praxi ne vždy projeví. Léčivá látka zvaná ataluren byla schválena pro léčbu Duchennovy svalové dystrofie, ale selhala ve studiích s cystickou fibrózou.

tyto problémy znamenají, že nalezení léčby pro posledních 10% lidí s cystickou fibrózou může trvat tolik času, úsilí a investic jako u prvních 90%, říká Van Goor., Dodává ale, že s odhodláním jak akademických, tak farmaceutických firem vědci souhlasí: „nemůžeme nikoho nechat pozadu.”