Cystisk fibrose narkotika rettet mod de misdannede proteiner ved roden af sygdommen

i løbet af to årtier brugt på at udvikle behandlinger for den genetiske lungesygdom cystisk fibrose, biolog Frederik Van Nasty har haft hundredvis af samtaler med patienter. Men han husker især en.,

diskussionen handlede om genetikken ved cystisk fibrose, en sygdom, der udvikler sig, når en person arver to defekte kopier af genet for cystisk fibrose transmembranledningsregulator (CFTR). Dette gen koder for CFTR-proteinet, der befinder sig i cellemembranen og transporterer chlorid-og bikarbonationer ud af cellen. Mere end 2.000 varianter af CFTR er blevet identificeret, og mere end 350 af dem er kendt for at producere nok forstyrrelser i protein ‘ s funktion til at udløse den invaliderende og livs-afkortning sygdom.,

samtalens fokus var de uundgåelige uligheder ved personlig medicin, som kan være yderst effektiv for mennesker, der opfylder visse kriterier, men vil efterlade andre — som det var tilfældet for denne patient. “Han beskrev det som at være på et synkende skib, når alle de andre redningsbåde er tilbage,” husker Van Goor. “Det billede har fast med mig.”

Van Goor, leder af cystisk fibroseforskning ved Verte.Pharmaceuticals i San Diego, Californien, havde en vigtig rolle i opbygningen af den største redningsbåd for cystisk fibrose endnu: blockbuster-kombinationslægemidlet Trikafta., Lægemidlet opnåede et salg på US $ 420 millioner i de første 10 uger efter lanceringen i slutningen af 2019, hvilket langt overstiger forventningerne.

“jeg tror, det har gjort en stor forskel,” siger Martina Gentzsch, en molekylærbiolog, der studerer CFTR på University of North Carolina i Chapel Hill. “Succesen i klinikken berettiger virkelig, at dette er en absolut fremragende behandling.”Trikafta er indiceret til personer med cystisk fibrose, der bærer mindst en kopi af en mutation kendt som f508del., Dette er den mest almindelige cystisk fibrose-mutation, der findes hos mere end 80% af de over 90,000 mennesker med cystisk fibrose over hele verden.fremkomsten af cystisk fibrose-terapier, der er målrettet mod specifikke CFTR-mutationer, har omformet forskernes forståelse af, hvordan man grupperer de utroligt forskellige mutationer i klasser, og har ansporet udviklingen af tilgange til test af lægemidlets effektivitet. Det er også inspirerende bestræbelser på at finde behandlinger for de patienter, der er blevet efterladt — at udvide flåden af redningsbåde.,

metodisk arbejde

for to årtier siden behandlede de eneste terapier mod cystisk fibrose symptomerne på sygdommen, såsom fysioterapi for at fjerne slim fra lungerne og antibiotika til behandling af infektioner. Cystic fibrose Foundation, en non-profit organisation med base i Bethesda, Maryland, ønskede at tilskynde til udvikling af behandlinger, der ville målrette mod den underliggende årsag til sygdommen., Instituttet indgået en aftale med Aurora Biosciences, en San Diego-virksomhed med speciale i high-throughput screening, for at se om forbindelser, der kan forbedre funktionen af defekte proteiner produceret af defekte CFTR gener. Når Vertex Pharmaceuticals, som har sit hovedkvarter i Boston, Massachusetts, købte virksomheden i 2001, det holdt programmet kommer, at tilføje sin egen ekspertise i at syntetisere molekyler for at udvide søgningen til, hvad der er kendt som CFTR modulatorer.

fra dagens udsigtspunkt ser tilgangen ud som “en no-brainer”, siger Van Goor., Men han husker det på det tidspunkt, programmet cystisk fibrose blev internt kendt som”The fantasy project”. Ingen vidste, om det ville være muligt at finde et molekyle til at vende virkningerne af en bestemt mutation på proteinfunktionen, fordi det aldrig var blevet gjort før for nogen sygdom.

Van Goor fortæller historien som et metodisk arbejde, der resulterer i stabile, inkrementelle fremskridt — omend ikke langs en helt ligetil vej., Holdet vidste, at det ønskede en behandling, der kunne redde funktionen af f508del CFTR, fordi det ville hjælpe den største gruppe mennesker med cystisk fibrose. Men F508del er et kompliceret mål.forskellige CFTR-mutationer har forskellige effekter. Nogle forhindrer syntesen af ethvert protein overhovedet eller resulterer i for lidt protein; andre giver et protein, der aldrig kommer til sin rette plads i cellemembranen, fungerer ikke effektivt, når det kommer der eller ikke forbliver der så længe det skal. Forskellige kategorier af CFTR-modulatorlægemidler retter sig mod disse forskellige problemer., Desuden er forskere i stigende grad klar over, at mange mutationer resulterer i flere kategorier af dysfunktion.

I tilfælde af F508del, tab af en enkelt aminosyre omkring en tredjedel af vejen langs CFTR-protein fører til to fejl: den resulterende protein har problemer med at gøre sin vej til cellemembranen, og de få kopier af det protein, som får, der ikke fungerer særligt godt, fordi den del af det protein, der danner en kanal gennem cellemembranen ikke åbner og lukker korrekt.,

Så Vertex holdet vidste at det ville kræve en kombination af mindst to lægemidler: en corrector til at hjælpe med at stabilisere den mutant F508del protein og shepherd det til cellens overflade, og en stimulator for at hjælpe det til at fungere, når det bliver der.,

forskerne endte med at løse det andet problem først: de identificerede en potentiator, kaldet ivacaftor, der hjælper kanalen i CFTR-proteinet med at forblive åben. På egen hånd ville molekylet ikke være nok til at gendanne funktionen af f508del CFTR. Men det kan gøre en forskel for mennesker med en mutation kendt som G551D, som kun påvirker åbningen og lukningen af membrankanalen.,

I 2012, den AMERIKANSKE Food and Drug Administration (FDA) og det Europæiske lægemiddelagentur godkendte ivacaftor, der sælges under handelsnavnet Kalydeco, for mennesker med cystisk fibrose, som har mindst én kopi af G551D. G551D tegner sig for lidt over 2% af alle cystisk fibrose alleler, eller former af CFTR-genet. Alligevel var her et bevis på, at’ fantasy-projektet ‘ kunne give resultater i virkeligheden.

blanding og matchning

dernæst vendte holdet opmærksomheden mod korrektorer., Forskerne identificerede en lovende kandidat, lumacaftor, der kunne handle sammen med ivacaftor for at forbedre funktionen af f508del CFTR. Denne kombinationsterapi, kaldet Orkambi, blev godkendt i 2015 for personer, der har to kopier af f508del — mutationen-omkring 42% af mennesker med cystisk fibrose over hele verden. En forbedret corrector, tezacaftor, blev derefter kombineret med stimulator ivacaftor og godkendt i 2018 under navnet Symdeko for den samme befolkning, såvel som for dem med en kopi af F508del plus nogen af 17 andre mutationer på den anden CFTR-allel., Endelig, for at producere Trikafta, tilføjede Verte. – teamet en anden korrektor, ele .acaftor, til de to lægemidler, der udgjorde Symdeko.

de to korrektorer i Trikafta arbejder på forskellige dele af CFTR-proteinet, og sammen har de en synergistisk effekt. Kombinationen er så effektive til at forbedre funktionen af F508del CFTR, at det kan gavne nogen, der bærer kun én kopi af F508del-mutation, uanset hvilken mutation, de foretager på den anden allel — til at lade en anden stor gruppe af mennesker i redningsbåden.

“det er meget lovende., Der er ingen tvivl om det,” siger molekylærbiolog Gergely Lukacs. Men Lukacs, der studerer CFTR-funktion ved McGill University i Montreal, Canada, advarer om, at Trikaftas langsigtede fordele endnu ikke er klare, og siger, at tidligere erfaringer antyder, at forventningerne skal holdes beskedne, indtil flere data i den virkelige verden er akkumuleret. For eksempel viste Kalydeco dramatiske starteffekter hos mennesker med G551D — mutationer, men har vist sig ikke i stand til at stoppe faldet i lungefunktion på lang sigt-måske på grund af allerede eksisterende lungeskader. Noget lignende kunne forekomme med Trikafta., “Vi er nødt til at vente og se,” siger Lukacs.

Verte.gennemfører i øjeblikket kliniske forsøg med Trikafta hos yngre deltagere (den oprindelige godkendelse er for personer i alderen 12 år og ældre), som det har gjort med sine tidligere cystiske fibrose-medikamenter. Virksomhedens endelige mål er at have en række terapier, der kunne indledes hos spædbørn kort efter diagnosen — og dermed håber man at forhindre lungeskader i at gribe fat og forbedre langsigtede resultater.,

virksomheden planlægger at holde sine andre cystiske fibrose-lægemidler på markedet, selvom det forventer, at de fleste patienter i sidste ende vil skifte til Trikafta på grund af dets potentielt større effektivitet. Verte. – teamet fortsætter også med at teste yderligere molekyler, der kan blive komponenter af forbedrede kombinationslægemidler i fremtiden. En ny version af ivacaftor er i fase II kliniske forsøg, ligesom et potentielt korrektionsmolekyle.Verte.er heller ikke det eneste firma på jagt efter disse stoffer., Medicinalfirmaet AbbVie i Chicago, Illinois, tester flere potentiatorer og korrektorer i kliniske fase i og II-forsøg. Flatley Discovery Lab og Proteostasis Therapeutics, begge i Boston, hver har en potentiator og en korrektion i humane forsøg.

når korrektorer spredes, bliver det stadig vigtigere at forstå, hvilken del af CFTR-proteinet hver korrektor virker på, siger Lukacs. Forskere kan designe mere effektive kombinationsterapier, forklarer han ved at inkludere forbindelser, der har forskellige virkningsmekanismer eller forskellige bindingssteder.,andre typer CFTR-modulatorer er også under udvikling: forstærkere til at forbedre strømmen af chloridioner gennem CFTR-kanalen og stabilisatorer til at forlænge proteinets levetid i cellemembranen. Yderligere udvikling af disse tilgange kunne give behandlinger til mennesker med nogle af de sjældne cystisk fibrose — mutationer, der ikke reagerer på eksisterende lægemidler-men få kandidater i disse klasser er gået ind i kliniske forsøg.

et lægemiddel til hver patient?,

indsatsen for at udvikle CFTR-modulatorer, og især ønsket om at finde behandlinger for sjældne mutationer, har ændret, hvordan forskere forstår de mutationer, der forårsager sygdommen. Konventionelt er disse mutationer sorteret i seks klasser på grundlag af deres virkninger på proteinstruktur og funktion. Men det viste sig, at ikke alle mutationer i samme klasse reagerer på den samme CFTR-modulator. Yderligere komplicerende forhold, undertiden kunne mutationer i forskellige klasser alligevel målrettes af det samme stof.,

“da vi er blevet mere og mere opmærksomme på de forskellige egenskaber ved CFTR, er intet enkelt,” siger Garry Cutting, en klinisk genetiker ved Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland. Skæring var en af flere forskere, der foreslog at klassificere CFTR-proteiner som ‘theratypes’, et system, der også inkorporerer, hvordan mutationer reagerer på forskellige CFTR-modulatorer.

tanken om theratyping var at “gøre det lettere at foretage disse lægemidler er tilgængelige for så mange patienter som muligt, især hvis de er med en sjælden variant”, Skære siger. Skæring dirigerer CFTR2.org, en referencedatabase, der drives i fællesskab af Johns Hopkins og Cystic fibrose Foundation, der dokumenterer CFTR-varianter. Databasen blev først oprettet for at hjælpe med diagnosen, men er blevet et lager for theratyping oplysninger samt.,

samtidig har forskere fundet måder at teste effektiviteten af lægemidler på sjældne mutationer. Store kliniske forsøg er upraktiske i disse tilfælde, siger Van Goor: “Hvordan får du godkendelse af medicin, når der kun er en eller to mennesker i verden med den bestemte mutation?”For at omgå dette problem har kommercielle og akademiske forskere brugt cellekultursystemer til at indsamle data om modtageligheden af sjældne mutationer over for forskellige lægemidler., På grundlag af in vitro — data har Verte.sikret FDA-godkendelse til brug af sine lægemidler hos mennesker med flere sjældne mutationer-en første for reguleringsorganet.

sådanne strategier har udvidet rækkevidden af nogle af Verte .s lægemidler. Kalydeco er godkendt til 37 yderligere sjældne mutationer, der ligesom G551D hovedsageligt påvirker kanalåbning og lukning. Befolkningen, der er berettiget til Trikafta, kunne udvide på en lignende måde, forudsiger Lukacs.,

kanalisering af nye behandlinger

selv en fuld pakke CFTR-modulatorer vil sandsynligvis udelade en gruppe mennesker med cystisk fibrose: de 7% eller deromkring, der overhovedet ikke producerer CFTR-protein.nogle potentielle behandlinger for denne gruppe kan være nyttige for alle med cystisk fibrose. Genterapi lover en måde at helbrede sygdommen ved at tackle grundårsagen. Der er også medikamenter, der enten forbedrer eller hæmmer funktionen af andre proteiner, udover CFTR, der transporterer chlorid-eller natriumioner ud af cellen., Forbedring af ydelsen af disse ionkanalproteiner kan hjælpe med at kompensere for manglen på funktionel CFTR.

andre tilgange til at hjælpe mennesker, der overhovedet ikke fremstiller CFTR-protein, ville være mere mutationsspecifikke. Mange sådanne mutationer resulterer i det, der kaldes et for tidligt stopkodon, som i det væsentlige skriver ‘slutningen’ midt i genets proteinfremstillingsinstruktioner. Dette får ribosomet, cellens proteinfabrik, til at producere et afkortet, ikke-funktionelt protein.

Læsemedicin er en mulig løsning på dette problem., Disse molekyler inducerer ribosomet til at springe over det vildfarne stopsignal og producere et let ændret, men funktionelt protein i fuld længde.

det antibiotiske lægemiddel gentamicin er kendt for at øge læsningen beskedent, men det er for giftigt til langvarig brug. Forskere søger sikrere kandidater, men der er ingen systematisk måde at finde dem på. “Der skal være nogle, men der er ikke en masse måder man snyder ribosomets,” siger Alexandre Hinzpeter, som undersøgelser af protein-graduering behandlingsformer i den biomedicinske forskning agentur INSERM i Paris.,

at finde en behandling for mennesker med for tidlige stopkodoner kræver sandsynligvis også omgåelse af nonsens-medieret forfald, en slags cellulær korrekturlæsningsproces, der slipper af afvigende proteinkodningsinstruktioner eller transkripter, før de endda når ribosomet. Men dette kræver omhyggelig kalibrering: forstyrrelse af denne proces for meget kan have alvorlige virkninger for cellens overordnede funktion. “Du er nødt til at finde en måde at beskytte dit transkript, som du målretter mod, men hold resten af cellen med en normal mængde nonsens-medieret forfald,” siger Hin .peter.,

mange genetiske sygdomme involverer mutationer, der introducerer for tidlige stopkodoner. Så i teorien kunne en terapi udviklet til cystisk fibrose også hjælpe mennesker med andre tilstande, siger Hin .peter. Dette panorerer dog ikke altid i praksis. Et gennemlæst lægemiddel kaldet ataluren er godkendt til behandling af Duchenne muskeldystrofi, men mislykkedes i cystisk fibrose forsøg.

disse problemer betyder, at det kan tage lige så meget tid, kræfter og investeringer at finde behandlinger for de sidste 10% af mennesker med cystisk fibrose som for de første 90%, siger Van Goor., Men, tilføjer han, ekko beslutsomhed både akademiske og farmaceutiske selskab forskere, ” vi kan ikke efterlade nogen bag.”