Wetenschappelijke achtergrond van de exon skip therapie
Duchenne spierdystrofie wordt veroorzaakt door de afwezigheid
van functioneel dystrofine eiwit. Dystrofine is een eiwit dat
een belangrijke schakel is tussen het skelet van spiervezels en
de bindweefsel laag die spiervezels omhult. Het eiwit zorgt
ervoor dat spiervezels worden beschermd tegen spierschade
tijdens het bewegen (krimpen en weer langer worden van de
spiervezel). Je kunt dystrofine voorstellen als het touw tussen een anker
en een boot (zie Figuur 1). Hierbij is het voor het functioneren van
het
anker van belang dat het begin en het
einde van het touw vast zitten aan respectievelijk het anker en de boot.

Figuur 1: Dystrofine fungeert als een soort anker.
De
blauwdruk van het dystrofine eiwit ligt op het DMD (Duchenne
muscular dystrophy) gen. De delen die de daadwerkelijke
informatie bevatten die de cel nodig heeft om eiwitten te maken
heten "exonen". Het DMD gen heeft 79 exonen (zie Figuur 2). Deze
exonen passen als puzzelstukjes in elkaar en vormen zo de
genetische code voor het dystrofine eiwit.

Figuur 2. De exonen van het DMD gen.
Bij Duchenne patiënten
zit er een fout (mutatie) in het DMD gen. Meestal missen er een
of meerdere exonen (een zogenaamde "deletie"). In het voorbeeld
in Figuur 3 missen exon 48, 49 en 50.

Figuur 3. Een deletie van exon 48-50.
Als
we inzoomen op het deel waar de fout zich bevindt, zien we dat
exon 47 niet goed past op exon 51 (Figuur 4).

Figuur 4. Exon 47 past niet op exon 51.
Omdat exon 47 en exon 51 niet goed aansluiten, is de genetische
code verbroken. Het gevolg is dat de blauwprint na exon 47 onleesbaar wordt en de aanmaak van het dystrofine eiwit
stopt na dit exon. Omdat dystrofine een verbindingsfunctie heeft, is
een half dystrofine eiwit totaal niet functioneel (zie Figuur
5).

Figuur 5. Door de fout in het DMD gen wordt alleen het begin van
het dystrofine eiwit gemaakt. Hierdoor gaat de functie
volledig verloren ("het touw zit niet meer vast aan de boot
en deze vaart weg").
Door het gebrek aan functioneel dystrofine zijn de spiervezels
van Duchenne patiënten
veel gevoeliger voor spierschade. Met de gevolgen hiervan bent u
allemaal bekend.
Het
is ook mogelijk dat de fout in het DMD gen de genetische code
niet verbreekt, zoals het voorbeeld in Figuur 6 en Figuur 7.

Figuur 6. Een deletie van exon 48-51.

Figuur 7. Exon 47 past op exon 52.
Exon 48, 49, 50 en 51 missen door de fout, maar omdat exon 52 op
exon 47 past, is de genetische code niet verbroken. De
blauwprint blijft dus leesbaar en het eiwit wordt gewoon
afgemaakt. Het begin en het einde van het dystrofine eiwit zijn
aanwezig, dus ook de verbinding tussen anker en boot, alleen in het midden mist een stukje (nl. het deel dat
werd beschreven in exon 48-51). Dit dystrofine is deels
functioneel (Figuur 8). Het touw is iets korter, maar de boot
blijft op zijn plek.

Figuur 8. Een dystrofine eiwit dat in het midden wat korter is,
is nog deels functioneel.
Fouten die de genetische code niet verstoren worden gevonden bij
patiënten
met Becker spierdystrofie. Omdat het dystrofine van deze
patiënten deels functioneel is, zijn de spiervezels minder
gevoelig voor schade dan bij Duchenne patiënten. Over het algemeen is het ziektebeloop bij
deze patiënten dan ook minder ernstig.
Het doel van de exon skip aanpak is om de genetische code te
herstellen voor Duchenne patiënten, zodat ze in plaats van een
niet functioneel dystrofine een deels functioneel dystrofine
kunnen maken. Hierdoor wordt de progressie van de ziekte
hopelijk vertraagd of zelfs helemaal stopgezet.
Exonen kunnen worden geskipt door middel van zogenaamde
antisense oligonucleotiden (AONs). Dit zijn kleine, synthetische
stukjes aangepast DNA, die een specifiek exon afdekken (Figuur
9). Hierdoor wordt dit exon overgeslagen (geskipt) bij het
samenstellen van de genetische code. In het voorbeeld van Figuur
9 leidt het skippen van exon 51 tot het herstel van de
genetische code.

Figuur 9. Exon skippen voor een patient met een deletie van exon
48-50. Door de deletie wordt exon 47 aan exon 51 gezet in de
genetische code. Dit past echter niet en de genetische code is
verbroken (en de eiwit synthese wordt vroegtijdig gestopt). Door een AON gericht tegen exon 51 wordt dit exon
afgeplakt en overgeslagen (geskipt) bij het samenvoegen van de
genetische code. Hierdoor wordt exon 47 nu aan exon 52 gezet,
wat past, dus de genetische code is hersteld en de eiwit
synthese kan worden voltooid.
Resultaten tot nu toe (preklinisch)
Welk exon er geskipt moet worden om de genetische code te
herstellen is afhankelijk van de mutatie. In samenwerking met
Prosensa hebben we momenteel meer dan 150 AONs getest en AONs
gevonden die 39 DMD exonen kunnen skippen. Dit kan de genetische
code herstellen voor ~85% van alle patiënten.
Omdat sommige mutaties vaker voorkomen dan andere, is het
skippen van bepaalde exonen toepasbaar voor relatief grote
groepen patiënten.
Het beste voorbeeld is exon 51: het skippen van dit exon is
toepasbaar voor 16% van alle patiënten. Andere exonen waarvan
het skippen voor veel patiënten toepasbaar zijn, zijn exon 45
(11%), exon 53 (9.5%) en exon 44 (8%).
We
hebben onze AONs getest in gekweekte cellen van Duchenne patiënten.
Voor iedere patient zagen we na behandeling dat het beoogde exon
werd geskipt en dat deels functioneel dystrofine werd
geproduceerd. Tot slot is ook in het mdx muismodel (waar de
genetische code van het muizen dystrofine is verbroken)
aangetoond dat na AON behandeling het beoogde exon werd geskipt
en dystrofine werd hersteld. Dit ging gepaard met een
verbetering in spierfunctie in vergelijking met niet behandelde
mdx muizen.
Resultaten van de eerste klinische studie
Naar aanleiding van de bemoedigende preklinische resultaten,
heeft hebben Prosensa en het LUMC (Centrum voor Humane en Klinische Genetica en de Afdeling Neurologie) een klinische
studie opgezet om deze therapie voor het eerst te testen in Duchenne patiënten.
Hierbij werd bij vier patiënten een AON gericht tegen exon 51
(PRO051) lokaal ingespoten in de scheenbeen spier (tibialis
anterior). Een maand na injectie werd een spierbiopt genomen uit
het behandelde gebied. Voor iedere patient kon worden aangetoond
dat exon 51 was geskipt en dystrofine produktie was hersteld in
het grootste deel van de spiervezels in het biopt. Ook werd de
behandeling goed verdragen door de patiënten (er werden geen
ernstige bijwerkingen gevonden). Deze
resultaten waren mooier dan we hadden durven hopen en zijn zeer
bemoedigend voor vervolg studies.
En hoe nu verder?
De
eerste klinische studie was nodig om aan te tonen dat de aanpak
ook daadwerkelijk werkte in patiënten
en goed verdragen werd,
maar lokale toediening van AONs in alle spieren is niet
toepasbaar. Daarom wordt er nu onderzoek gedaan door het LUMC en
Prosensa naar manieren om AONs systemisch toe te dienen in het
mdx muis model. Tevens worden door Prosensa voorbereidingen
getroffen om PRO051 systemisch te testen in een klinische studie
en wordt gewerkt aan de ontwikkeling van AONs om andere exonen
te skippen (meer informatie op www.prosensa.nl)
Heeft u nog vragen of is iets niet helemaal duidelijk, kunt u
ons een
email sturen.