Leki na mukowiscydozę celują w zniekształcone białka u źródła choroby

w ciągu dwóch dekad spędzonych na opracowywaniu metod leczenia genetycznej choroby płuc mukowiscydozy, biolog Fredrick Van Goor miał setki rozmów z pacjentami. Ale pamięta jedną w szczególności.,

dyskusja dotyczyła genetyki mukowiscydozy, choroby, która rozwija się, gdy dana osoba dziedziczy dwie wadliwe kopie genu regulatora przewodności mukowiscydozy (CFTR). Gen ten koduje białko CFTR, które znajduje się w błonie komórkowej i transportuje jony chlorkowe i wodorowęglanowe z komórki. Zidentyfikowano ponad 2000 wariantów CFTR, a ponad 350 z nich wytwarza wystarczającą ilość zakłóceń w funkcji białka, aby wywołać wyniszczający i skracający Życie Stan.,

głównym tematem rozmowy była nieuchronna nierówność spersonalizowanej medycyny, która może być bardzo skuteczna dla osób, które spełniają określone kryteria, ale pozostawiają innych w tyle — jak to miało miejsce w przypadku tego pacjenta. „Opisał to jako przebywanie na tonącym statku, kiedy wszystkie inne łodzie ratunkowe odeszły” – wspomina Van Goor. „Ten obraz utknął we mnie.”

Van Goor, szef badań nad mukowiscydozą w Vertex Pharmaceuticals w San Diego w Kalifornii, odegrał ważną rolę w budowie największej łodzi ratunkowej dla mukowiscydozy: przeboju kombinacji leku Trikafta., Lek osiągnął sprzedaż w wysokości 420 milionów USD w ciągu pierwszych 10 tygodni po premierze pod koniec 2019 roku, znacznie przekraczając oczekiwania.

„myślę, że to wielka różnica”, mówi Martina Gentzsch, biolog molekularny studiujący CFTR na Uniwersytecie Karoliny Północnej w Chapel Hill. „Sukces w klinice naprawdę uzasadnia, że jest to absolutnie wyjątkowe leczenie.”Trikafta jest wskazany dla osób z mukowiscydozą, które posiadają co najmniej jedną kopię mutacji znanej jako F508del., Jest to najczęstsza mutacja mukowiscydozy, obecna u ponad 80% z ponad 90 000 osób z mukowiscydozą na całym świecie.

pojawienie się terapii mukowiscydozy, które są ukierunkowane na specyficzne mutacje CFTR, zmieniło zrozumienie naukowców, jak grupować niezwykle zróżnicowane mutacje w klasy i pobudziło rozwój metod testowania skuteczności leków. Jest to również inspirujące wysiłki, aby znaleźć leczenie dla tych pacjentów, którzy zostali w tyle-aby rozszerzyć flotę łodzi ratunkowych.,

praca metodyczna

dwie dekady temu, jedyne terapie na mukowiscydozę leczyły objawy choroby, takie jak fizykoterapia w celu oczyszczenia śluzu z płuc i antybiotyki w leczeniu zakażeń. Fundacja mukowiscydozy, organizacja non-profit z siedzibą w Bethesda, Maryland, chciała zachęcić do rozwoju terapii, które byłyby ukierunkowane na podstawową przyczynę choroby., Fundacja zawarła umowę z Aurora Biosciences, firmą z San Diego specjalizującą się w wysokoprzepustowych badaniach przesiewowych, w celu poszukiwania związków, które mogłyby poprawić funkcję wadliwych białek wytwarzanych przez wadliwe geny CFTR. Kiedy Vertex Pharmaceuticals, który ma swoją siedzibę w Bostonie, Massachusetts, kupił firmę w 2001 roku, kontynuował program, dodając własną wiedzę w zakresie syntezy cząsteczek w celu rozszerzenia poszukiwań tak zwanych modulatorów CFTR.

z dzisiejszego punktu widzenia podejście wygląda jak „bezmyślne”, mówi Van Goor., Ale pamięta, że w tym czasie program mukowiscydozy był znany wewnętrznie jako „The fantasy project”. Nikt nie wiedział, czy możliwe będzie znalezienie cząsteczki, która odwróci wpływ danej mutacji na funkcję białka, ponieważ nigdy wcześniej nie było to robione w przypadku jakiejkolwiek choroby.

Van Goor opowiada historię metodycznej pracy, która prowadzi do stałego, stopniowego postępu-choć nie na zupełnie prostej ścieżce., Zespół wiedział, że potrzebuje leczenia, które może uratować funkcję F508del CFTR, ponieważ pomogłoby to największej grupie osób z mukowiscydozą. Ale F508del jest skomplikowanym celem.

różne mutacje CFTR mają różne efekty. Niektóre zapobiegają syntezie białka w ogóle lub powodują zbyt małą ilość białka; inne dają białko, które nigdy nie trafia do właściwego miejsca w błonie komórkowej, nie działa skutecznie, gdy się tam dostaje lub nie pozostaje tam tak długo, jak powinno. Różne kategorie leków modulujących CFTR celują w te różne problemy., Co więcej, naukowcy coraz częściej zdają sobie sprawę, że wiele mutacji powoduje wiele kategorii dysfunkcji.

w przypadku F508del utrata jednego aminokwasu około jednej trzeciej drogi wzdłuż białka CFTR prowadzi do dwóch wad: powstałe białko ma problemy z dotarciem do błony komórkowej, a kilka kopii białka, które się tam dostają, nie działa zbyt dobrze, ponieważ część białka, która tworzy kanał przez błonę komórkową, nie otwiera się i nie zamyka prawidłowo.,

Tak więc zespół Vertex wiedział, że będzie potrzebował kombinacji co najmniej dwóch leków: korektor, który pomoże ustabilizować zmutowane białko F508del i wyprowadzić je na powierzchnię komórki, i potencjator, który pomoże mu funkcjonować, gdy już tam dotrze.,

naukowcy rozwiązali drugi problem jako pierwsi: zidentyfikowali potencjator, nazwany iwakaftorem, który pomaga kanałowi w białku CFTR pozostać otwartym. Sama cząsteczka nie wystarczyłaby do przywrócenia funkcji F508del CFTR. Ale może to zrobić różnicę dla osób z mutacją znaną jako G551D, która wpływa tylko na otwarcie i zamknięcie kanału membranowego.,

w 2012 r. amerykańska Agencja Żywności i Leków (FDA) i Europejska Agencja Leków zatwierdziły iwakaftor, sprzedawany pod nazwą handlową Kalydeco, dla osób z mukowiscydozą, które mają co najmniej jedną kopię G551D.G551D stanowi nieco ponad 2% wszystkich alleli mukowiscydozy lub form genu CFTR. Mimo to, tutaj był dowód, że „projekt fantasy” może przynieść rezultaty w rzeczywistości.

miksowanie i dopasowywanie

następnie zespół zwrócił uwagę na korektory., Naukowcy zidentyfikowali obiecującego kandydata, lumakaftor, który może działać razem z iwakaftorem w celu poprawy funkcji F508del CFTR. Ta terapia skojarzona, zwana Orkambi, została zatwierdzona w 2015 roku dla osób, które mają dwie kopie mutacji F508del — około 42% osób z mukowiscydozą na całym świecie. Ulepszony korektor, tezacaftor, został następnie połączony z potencjatorem iwacaftor i zatwierdzony w 2018 roku pod marką Symdeko dla tej samej populacji, a także dla tych z jedną kopią F508del i którąkolwiek z 17 innych mutacji na drugim allelu CFTR., Ostatecznie, aby wyprodukować Trikafta, zespół Vertex dodał drugi korektor, elexacaftor, do dwóch leków, które tworzyły Symdeko.

dwa korektory w Trikafta działają na różne części białka CFTR i razem działają synergistycznie. Kombinacja jest tak skuteczna w poprawie funkcji F508del CFTR, że może przynieść korzyści każdemu, kto nosi tylko jedną kopię mutacji F508del, niezależnie od tego, którą mutację nosi na drugim allelu — wpuszczając kolejną dużą grupę ludzi do łodzi ratunkowej.

„to bardzo obiecujące., Nie ma co do tego wątpliwości” – mówi biolog molekularny Gergely Lukacs. Ale Lukacs, który studiuje funkcję CFTR na McGill University w Montrealu w Kanadzie, ostrzega, że długoterminowe korzyści Trikafta nie są jeszcze jasne, i mówi, że wcześniejsze doświadczenia sugerują, że oczekiwania powinny być skromne, dopóki nie zgromadzą się więcej rzeczywistych danych. Na przykład produkt Kalydeco wykazywał dramatyczne początkowe efekty u osób z mutacjami G551D, ale okazał się niezdolny do powstrzymania spadku czynności płuc w dłuższej perspektywie — być może z powodu istniejącego wcześniej uszkodzenia płuc. Coś podobnego może wystąpić z Trikafta., – Musimy poczekać i zobaczyć-mówi Lukacs.

Vertex prowadzi obecnie badania kliniczne preparatu Trikafta u młodszych uczestników (wstępna zgoda dotyczy osób w wieku 12 lat i starszych), tak jak miało to miejsce w przypadku poprzednich leków na mukowiscydozę. Ostatecznym celem firmy jest stworzenie zestawu terapii, które mogłyby zostać zainicjowane u niemowląt wkrótce po diagnozie — a zatem, jak się ma nadzieję, zapobiegną uszkodzeniu płuc i poprawią długoterminowe wyniki.,

firma planuje utrzymać na rynku inne leki na mukowiscydozę, chociaż oczekuje, że większość pacjentów ostatecznie przełączy się na Trikafta ze względu na potencjalnie większą skuteczność. Zespół Vertex kontynuuje również badania dalszych cząsteczek, które mogą stać się składnikami ulepszonych leków złożonych w przyszłości. Nowa wersja iwakaftoru jest w fazie II badań klinicznych, podobnie jak potencjalna cząsteczka korektora.

nie jest też jedyną firmą na polowaniu na te leki., Firma farmaceutyczna AbbVie z Chicago w stanie Illinois testuje wiele potencjatorów i korektorów w badaniach klinicznych fazy I I II. Flatley Discovery Lab i Proteostasis Therapeutics, oba w Bostonie, każdy ma potencjator i korektor w badaniach na ludziach.

w miarę jak korektory się rozmnażają, zrozumienie, na którą część białka CFTR działa każdy korektor, będzie coraz ważniejsze, mówi Lukacs. Wyjaśnia, że naukowcy mogą projektować bardziej skuteczne terapie skojarzone, włączając w to związki, które mają różne mechanizmy działania lub różne miejsca wiązania.,

opracowywane są również inne typy modulatorów CFTR: wzmacniacze zwiększające przepływ jonów chlorkowych przez kanał CFTR oraz stabilizatory wydłużające żywotność białka w błonie komórkowej. Dalszy rozwój tych metod może zapewnić leczenie osób z niektórymi rzadkimi mutacjami mukowiscydozy, które nie reagują na istniejące leki — ale niewielu kandydatów w tych klasach weszło do badań klinicznych.

lek dla każdego pacjenta?,

wysiłki na rzecz opracowania modulatorów CFTR, a zwłaszcza chęć znalezienia metod leczenia rzadkich mutacji, zmieniły sposób, w jaki naukowcy rozumieją mutacje, które powodują chorobę. Konwencjonalnie mutacje te są podzielone na sześć klas na podstawie ich wpływu na strukturę i funkcję białek. Okazało się jednak, że nie wszystkie mutacje w tej samej klasie odpowiadają na ten sam modulator CFTR. Dodatkowo komplikując sprawy, czasami mutacje w różnych klasach mogą być jednak ukierunkowane na ten sam lek.,

„ponieważ coraz bardziej zdajemy sobie sprawę z różnych właściwości CFTR, nic nie jest proste”, mówi Garry Cutting, genetyk kliniczny na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa w Baltimore, Maryland. Cutting był jednym z kilku naukowców, którzy zaproponowali klasyfikację białek CFTR jako „teratypy”, system, który zawiera również sposób, w jaki mutacje reagują na różne modulatory CFTR.

ideą teratypingu było „ułatwienie, aby te leki dostępne dla tak wielu pacjentów, jak to możliwe, szczególnie jeśli mają rzadki wariant”, mówi Cutting. Kierunki cięcia CFTR2.org, baza referencyjna prowadzona wspólnie przez Johnsa Hopkinsa i Fundację mukowiscydozy, która dokumentuje warianty CFTR. Baza danych powstała po raz pierwszy, aby pomóc w diagnozie, ale stała się również repozytorium informacji o teratyp.,

w tym samym czasie naukowcy wymyślili sposoby testowania skuteczności leków na rzadkich mutacjach. Badania kliniczne na dużą skalę są niepraktyczne w takich przypadkach, mówi Van Goor: „jak uzyskać zgodę na leki, gdy na świecie jest tylko jedna lub dwie osoby z tą konkretną mutacją?”Aby obejść ten problem, naukowcy komercyjni i akademiccy wykorzystali systemy hodowli komórkowej do gromadzenia danych na temat podatności rzadkich mutacji na różne leki., Na podstawie danych in vitro Vertex uzyskał zgodę FDA na stosowanie swoich leków u osób z kilkoma rzadkimi mutacjami — po raz pierwszy dla agencji regulacyjnej.

takie strategie rozszerzyły zasięg niektórych leków Vertex. Produkt Kalydeco został zatwierdzony dla 37 dodatkowych rzadkich mutacji, które, podobnie jak G551D, wpływają głównie na otwieranie i zamykanie kanałów. Populacja kwalifikująca się do Trikafty może się rozwijać w podobny sposób, przewiduje Lukacs.,

mimo to, nawet pełen zestaw modulatorów CFTR może pominąć jedną grupę osób z mukowiscydozą: około 7%, którzy w ogóle nie produkują białka CFTR.

niektóre potencjalne metody leczenia tej grupy mogą być przydatne dla wszystkich z mukowiscydozą. Terapia genowa obiecuje sposób leczyć chorobę adresując przyczynę. Istnieją również leki, które wzmacniają lub hamują działanie innych białek, oprócz CFTR, które transportują jony chlorkowe lub sodowe z komórki., Poprawa wydajności tych białek jonokanałowych może pomóc zrekompensować brak funkcjonalnego CFTR.

inne podejścia pomagające ludziom, którzy w ogóle nie wytwarzają białka CFTR, byłyby bardziej specyficzne dla mutacji. Wiele takich mutacji powoduje to, co nazywa się przedwczesnym kodonem stop, który zasadniczo pisze „koniec” w środku instrukcji wytwarzania białka genu. Powoduje to, że rybosom, fabryka białek komórki, wytwarza obcięte, niefunkcjonalne białko.

leki do czytania są jednym z możliwych rozwiązań tego problemu., Cząsteczki te indukują rybosom, aby przeskoczyć błędny sygnał stopu i produkować nieco zmienione, ale pełnowymiarowe, funkcjonalne białko.

antybiotyk lek gentamycyna jest znany umiarkowanie zwiększyć odczytu, ale jest zbyt toksyczny dla długotrwałego stosowania. Naukowcy szukają bezpieczniejszych kandydatów, ale nie ma systematycznego sposobu ich znalezienia. „Powinny być jakieś, ale nie ma wiele sposobów na oszukanie rybosomu”, mówi Alexandre Hinzpeter, który bada terapie modulacji białek w agencji biomedyczno-badawczej INSERM w Paryżu.,

znalezienie leczenia dla osób z przedwczesnymi kodonami stop może również wymagać obejścia rozpadu nonsensownego, rodzaju komórkowego procesu korekty, który pozbywa się nieprawidłowych instrukcji kodowania białek lub transkryptów, zanim jeszcze dotrą do rybosomu. Wymaga to jednak starannej kalibracji: zbyt duże zakłócenie tego procesu może mieć fatalne skutki dla ogólnej funkcji komórki. „Musisz znaleźć sposób, aby chronić swój zapis, który kierujesz, ale utrzymać resztę komórki z normalną ilością nonsensownych rozpadów” -mówi Hinzpeter.,

wiele chorób genetycznych wiąże się z mutacjami wprowadzającymi kodony przedwczesnego zatrzymania. Więc w teorii, terapia opracowana na mukowiscydozę może również pomóc ludziom z innymi schorzeniami, mówi Hinzpeter. Jednak nie zawsze sprawdza się to w praktyce. Lek odczytowy o nazwie ataluren został zatwierdzony do leczenia dystrofii mięśniowej Duchenne ' a, ale nie powiódł się w badaniach na mukowiscydozie.

te problemy oznaczają, że znalezienie leczenia dla ostatnich 10% osób z mukowiscydozą może zająć tyle samo czasu, wysiłku i Inwestycji, co dla pierwszych 90% – mówi Van Goor., Ale, dodaje, odzwierciedlając determinację zarówno naukowców akademickich, jak i farmaceutycznych, ” nie możemy nikogo zostawić.”