Cystisk fibrose narkotika målrette misformet proteiner ved roten av sykdommen

i løpet av to tiår brukt på å utvikle behandlingsmetoder for den genetiske lunge sykdom, cystisk fibrose, biolog Fredrick Van Goor har hatt hundrevis av samtaler med pasienter. Men han husker en bestemt person.,

denne diskusjonen var om genetikk av cystisk fibrose, en sykdom som utvikler seg når en person arver to feil kopier av cystisk fibrose transmembrane konduktans regulator (CFTR) – genet. Dette genet koder CFTR proteinet, som ligger i cellemembranen og transport klorid og bicarbonate ioner ut av cellen. Mer enn 2000 varianter av CFTR har blitt identifisert, og mer enn 350 av dem er kjent for å produsere nok avbrudd i protein funksjon for å utløse ødeleggende og livs-forkortelse tilstand.,

fokus for samtalen var uunngåelig ulikheter i personlige medisin som kan være svært effektiv for personer som oppfyller bestemte kriterier, men vil forlate andre bak — som tilfellet var for denne pasienten. «Han beskrev det som å være på et synkende skip, når alle de andre livbåtene har igjen,» Van Goor minnes. «Dette bildet har holdt seg med meg.»

Van Goor, leder av cystisk fibrose forskning på Vertex Pharmaceuticals i San Diego, California, hadde en viktig rolle i å bygge den største livbåt for cystisk fibrose ennå: blockbuster kombinasjon stoffet Trikafta., Stoffet oppnådd omsetning på nok 420 millioner kroner i de første 10 uker etter lanseringen i slutten av 2019, som langt overgår forventninger.

«jeg tror det har gjort en stor forskjell, sier Martina Gentzsch, en molekylær biolog å studere CFTR ved University of North Carolina i Chapel Hill. «Suksess i klinikken virkelig rettferdiggjør at dette er en helt enestående behandling.»Trikafta er indikert for personer med cystisk fibrose som bærer minst ett eksemplar av en mutasjon kjent som F508del., Dette er den mest vanlige cystisk fibrose mutasjon, som er tilstede i mer enn 80% av de over 90 000 personer med cystisk fibrose over hele verden.

The advent av cystisk fibrose behandling som retter seg mot spesifikke CFTR-mutasjoner har endret forskernes forståelse av hvordan gruppen de utrolig varierte mutasjoner i klasser, og har ført til utvikling av tilnærminger til å teste effektiviteten av narkotika. Det er også inspirerende arbeidet med å finne behandling for de pasientene som har blitt etterlatt for å utvide flåten av livbåter.,

Metodisk arbeid

To tiår siden, den eneste terapi for cystisk fibrose behandlet symptomene på sykdom, som for eksempel fysioterapi for å fjerne slim fra lungene og antibiotika for å behandle infeksjoner. Den Cystic Fibrosis Foundation, en non-profit organisasjon basert i Bethesda, Maryland, ønsket å oppmuntre til utvikling av behandlinger som ville mål for den underliggende årsaken til sykdommen., Stiftelsen truffet en avtale med Aurora Biovitenskap, en San Diego selskap som spesialiserer seg på høy gjennomstrømning screening, for å lete etter forbindelser som kan forbedre funksjonen av defekte proteiner produsert av defekte CFTR gener. Når Vertex Pharmaceuticals, som har sitt hovedkontor i Boston, Massachusetts, kjøpte selskapet i 2001, og det holdt den-programmet skal legge til sin egen kompetanse i å syntetisere molekyler for å utvide søket til hva som er kjent som CFTR modulatorer.

Fra dagens ståsted, tilnærmingen ser ut som «en no-brainer», Van Goor sier., Men han husker at på den tiden, cystisk fibrose programmet ble kjent internt som «the fantasy-prosjekt». Ingen visste om det ville være mulig å finne et molekyl for å reversere effekten av en bestemt mutasjon på protein-funksjonen, fordi det aldri hadde blitt gjort før, for noen sykdom.

Van Goor forteller historien som en av metodisk arbeid som resulterer i jevn, inkrementell fremgang — men ikke langs en helt grei bane., Teamet visste at det ville en behandling som kan redde funksjon av F508del CFTR, fordi det ville hjelpe den største gruppen av personer med cystisk fibrose. Men F508del er en komplisert mål.

Forskjellige CFTR-mutasjoner har ulike virkninger. Noen hindre syntese av noe protein i det hele tatt eller resultere i for lite protein, mens andre gir et protein som gjør det aldri til sin rette plass i cellemembranen, ikke fungerer effektivt når det blir det eller ikke værende der så lenge som det skal. Ulike kategorier av CFTR-modulator medisiner målrette disse ulike problemer., Videre forskere er stadig innser at mange mutasjoner resultere i flere kategorier av dysfunksjon.

I tilfelle av F508del, tap av en aminosyre om lag en tredjedel av veien langs CFTR proteinet fører til to feil: den resulterende protein har problemer med å gjøre sin vei til cellemembranen, og få kopier av protein som får det ikke fungerer veldig godt, fordi den delen av protein som danner en kanal tvers av cellemembranen ikke åpner og lukker seg skikkelig.,

Så Vertex teamet visste at det ville trenge en kombinasjon av minst to medisiner: en corrector å bidra til å stabilisere mutant F508del protein og shepherd det til celleoverflaten, og en potentiator å hjelpe det til å fungere når det blir det.,

forskerne endte opp med å løse det andre problemet først: de identifiserte en potentiator, kalt ivacaftor, som hjelper kanalen i CFTR proteinet til å holde åpent. På sin egen, molekylet ville ikke være nok til å gjenopprette funksjonen av F508del CFTR. Men det kan gjøre en forskjell for mennesker med en mutasjon som er kjent som G551D, som bare påvirker åpning og lukking av membranen kanal.,

I 2012, US Food and Drug Administration (FDA) og det Europeiske legemiddelkontoret godkjent ivacaftor, som selges under handelsnavnet navnet Kalydeco, for personer med cystisk fibrose som har minst ett eksemplar av G551D. G551D står for i overkant av 2% av alle cystisk fibrose alleler, eller former av CFTR-genet. Likevel, her var bevis på at «fantasy prosjektet’ kan gi resultater i virkeligheten.

Mikse og matche

Neste, team vendt sin oppmerksomhet mot korrekturlakker., Forskerne identifisert en lovende kandidat, lumacaftor, som kan fungere sammen med ivacaftor for å forbedre funksjonen av F508del CFTR. Dette er en kombinasjon av terapi, kalt Orkambi, ble godkjent i 2015 for folk som har to kopier av det F508del-mutasjon — om lag 42% av personer med cystisk fibrose over hele verden. En forbedret corrector, tezacaftor, ble så kombinert med potentiator ivacaftor og godkjent i 2018 under merkenavnet Symdeko for den samme befolkningen, så vel som for de med en kopi av F508del pluss noen av 17 andre mutasjoner på den andre CFTR-allelet., Til slutt, for å produsere Trikafta, Vertex-teamet til en annen corrector, elexacaftor, til de to stoffene som gjorde opp Symdeko.

De to korrekturlakker i Trikafta arbeid på ulike deler av CFTR proteinet, og til sammen har en synergistisk effekt. Kombinasjonen er så effektive i å forbedre funksjonen av F508del CFTR at det kan gagne alle som bærer bare ett eksemplar av F508del-mutasjon, uavhengig av hvilken mutasjon de bærer på den andre allelet — la en annen stor gruppe av mennesker om bord i livbåten.

«Det er veldig lovende., Det er ingen tvil om det, sier molekylær biolog Gergely Lukacs. Men Lukacs, som studier CFTR-funksjonen ved McGill University i Montreal, Canada, advarer om at Trikafta er på lang sikt ikke er klare ennå, og sier tidligere erfaringer tyder på at forventninger skal holdes beskjeden til mer reelle data har blitt samlet. For eksempel, Kalydeco viste dramatisk innledende virkninger hos mennesker med G551D mutasjoner, men har vist seg ute av stand til å stanse fallet i lungefunksjon over lang tid — kanskje på grunn av pre-eksisterende lungeskade. Noe lignende kan skje med Trikafta., «Vi må vente og se,» Lukacs sier.

Vertex er aktuelle å gjennomføre kliniske studier av Trikafta i yngre deltakere (første godkjenning er for personer i alderen 12 år og eldre), som det har gjort med sin tidligere cystisk fibrose narkotika. Selskapets endelige målet er å ha en rekke behandlinger som kan være initiert i spedbarn snart etter diagnose — og dermed er det håpet, hindre lungeskade fra å ta tak, og bedre langsiktige resultater.,

planlegger selskapet å holde sin andre cystisk fibrose legemidler på markedet, selv om det forventer at de fleste pasienter vil etter hvert slå til Trikafta på grunn av sin potensielt større effektivitet. Toppunktet team fortsetter også å teste ytterligere molekyler som kan bli komponenter av forbedret kombinasjon medisiner i fremtiden. En ny versjon av ivacaftor er i fase II kliniske studier, som er en potensiell corrector-molekylet.

det er Heller Vertex det eneste selskapet på jakt etter disse stoffene., Legemidler selskapet AbbVie i Chicago, Illinois, er testing av flere potentiators og korrekturlakker i fase i og II kliniske studier. Flatley Discovery Lab og Proteostasis Therapeutics, både i Boston, som hver har en potentiator og en corrector i menneskelige prøvelser.

Som korrekturlakker seg forstå som en del av CFTR proteinet hver corrector fungerer på, vil bli stadig viktigere, sier Lukacs. Forskere kan utforme mer effektiv kombinasjon terapi, forklarer han, ved å inkludere stoffer som har ulike virkningsmekanismer eller annen bindende områder.,

Andre typer av CFTR-modulator er også i utvikling: forsterkere for å forbedre flyten av klorid ioner gjennom CFTR-kanal, og stabilisatorer å utvide protein løpelengde i cellemembranen. Videre utvikling av disse tiltak vil kunne gi behandlinger for personer med noen av de sjeldne cystisk fibrose mutasjoner som ikke svarer til eksisterende legemidler — men få kandidater i disse klassene har oppgitt kliniske studier.

stoffet for hver pasient?,

arbeidet med å utvikle CFTR modulatorer, og spesielt ønske om å finne behandlinger for sjeldne mutasjoner, har flyttet hvordan forskere forstå mutasjoner som forårsaker sykdommen. Konvensjonelt, disse mutasjonene er sortert inn i seks klasser på grunnlag av deres effekter på protein struktur og funksjon. Men det viste seg at ikke alle mutasjoner i samme klasse svare på de samme CFTR-modulator. Ytterligere kompliserende forhold, noen ganger mutasjoner i ulike klasser kan likevel være målrettet av samme stoffet.,

«Som vi har fått mer og mer klar over de forskjellige egenskapene til CFTR, ingenting er enkel, sier Garry å Kutte, en klinisk genetiker ved Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland. Skjæring var en av flere forskere som foreslått å klassifisere CFTR proteinet som «theratypes», et system som også innbefatter hvordan mutasjoner reagerer på ulike CFTR modulatorer.

ideen om theratyping var å «gjøre det enklere å gjøre disse stoffene tilgjengelig for så mange pasienter som mulig, spesielt hvis de er bærer en sjelden variant», Kutte sier. Kutte leder CFTR2.org en referanse database drevet i fellesskap av Johns Hopkins og Cystic Fibrosis Foundation som dokumenter CFTR varianter. Databasen ble etablert for å hjelpe til med diagnose, men har blitt et oppbevaringssted for theratyping informasjon.,

På samme tid, forskere har kommet opp med måter å teste effektiviteten av legemidler på sjeldne mutasjoner. Store kliniske studier er upraktisk i disse tilfellene, sier Van Goor: «Hvordan kan du få godkjenning for medisiner når det er bare en eller to personer i verden med en bestemt mutasjon?»Å komme rundt dette problemet, kommersielle og akademiske forskere har brukt celle-kultur-systemer for å samle inn data på mottakelighet av sjeldne mutasjoner til ulike rusmidler., På grunnlag av in vitro-data, Vertex har fått FDA-godkjenning for bruk av legemidler hos personer med flere sjeldne mutasjoner — en første gang for reguleringsmyndighet.

Slike strategier har utvidet rekkevidden av noen av Toppunktet er narkotika. Kalydeco har blitt godkjent for 37 ekstra sjeldne mutasjoner som, som G551D, hovedsakelig påvirker kanal åpning og lukking. Befolkningen kvalifisert for Trikafta kan utvides på en lignende måte, Lukacs spår.,

Kanalisere nye behandlinger

Likevel, selv en full pakke av CFTR modulatorer er sannsynlig å la ut en gruppe av personer med cystisk fibrose: 7% eller slik som produserer ingen CFTR proteinet i det hele tatt.

Noen mulige behandlinger for denne gruppen kan være nyttig for alle med cystisk fibrose. Genterapi løfter en måte å kurere sykdom ved å ta tak i årsaken. Det finnes også medikamenter som enten forsterke eller hemme funksjonen av andre proteiner, i tillegg til CFTR, som transport klorid eller natrium ioner ut av cellen., Å forbedre ytelsen av disse ion-kanal proteiner kan bidra til å kompensere for mangel på funksjonell CFTR.

Andre metoder for å hjelpe mennesker som ingen CFTR proteinet i det hele tatt ville være mer mutasjon-spesifikke. Mange slike mutasjoner resulterer i det som er kalt en tidlig stopp codon, som i hovedsak skriver «The End» i midten av genet er protein-noe instruksjoner. Dette fører til ribosomet, cellens protein fabrikken, for å produsere en avkortet, ikke-funksjonelt protein.

Lese-gjennom narkotika er en mulig løsning på dette problemet., Disse molekylene bevege ribosomet til å hoppe over villfaren stopp signal og produsere en litt endret, men full-lengde, funksjonelt protein.

antibiotika narkotika gentamicin er kjent for å øke beskjedent lese gjennom, men det er også giftige for langsiktig bruk. Forskerne ser for tryggere kandidater, men det er ingen systematisk måte å finne dem. «Det bør være noen, men det er ikke mange måter å lure ribosomet, sier Alexandre Hinzpeter, som studier protein-modulation terapi på biomedisinsk forskning byrå INSERM) i Paris.,

å Finne en behandling for personer med prematur stopp codons er også sannsynlig å kreve å omgå tull-mediert forfall, en slags mobil korrekturlesing prosess som blir kvitt avvikende protein-kodende instruksjoner, eller transkripsjoner, selv før de når ribosomet. Men dette krever grundig kalibrering: å forstyrre prosessen for mye kan ha store virkninger for den totale funksjon i cellen. «Du må finne en måte å beskytte din transkripsjonen at du målretter mot, men holde resten av cellen med en normal mengde tull-mediert forfall arbeider,» Hinzpeter sier.,

Mange genetiske sykdommer medføre mutasjoner som fører til for tidlig stopp codons. Så i teorien, en terapi utviklet for cystisk fibrose kan også hjelpe folk med andre forhold, Hinzpeter sier. Imidlertid er dette ikke alltid pan ut i praksis. En leser gjennom stoffet kalles ataluren har blitt godkjent for behandling av Duchenne muskeldystrofi, men mislyktes i cystic fibrosis prøvelser.

Disse problemene mener at det kan ta så mye tid, innsats og investering for å finne behandlinger for de siste 10% av personer med cystisk fibrose som for de første 90%, Van Goor sier., Men, legger han til, ekko løse av både akademisk og farmasøytisk selskap forskere, «Vi kan ikke la noen bak.”