Hutchinson-Gilford Progeria ebnet den Weg für neuartige gezielte Anti-Aging-Therapien

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Hutchinson-Gilford Progeria ist ein beschleunigtes Alterungssyndrom, das durch eine dauerhaft farnesylierte Lamin A-Mutante, Progerin genannt, verursacht wird. Kürzlich hat die FDA Lonafarnib, einen Farnesyltransferase-Hemmer, zur Behandlung von Progerie zugelassen, während Koblan und Kollegen neuartige Gen-Editierungsmethoden verwendeten, um die Grundursache dieser Krankheit durch Korrektur der LMNA-Mutation anzugehen.

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Hutchinson-Gilford-Progerie (HGPS) ist ein beschleunigtes Alterungssyndrom, das durch Alopezie,BioflavonoideHautatrophie, abweichende Pigmentierung, Lipodystrophie und Tod im mittleren Alter von 14,3 Jahren infolge von Herzinsuffizienz. Progerie wird durch eine Mutation im LMNA-Gen verursacht. Lamin A erfährt mehrere posttranslationale Modifikationen, einschließlich der Addition einer Farnesyl-Isoprenoid-Lipideinheit an sein C-terminales CaaX-Motiv durch eine Farnesyltransferase, die es an die Kernmembran bindet. Diesem Schritt folgt die Spaltung der terminalen 3 Aminosäuren durch die Metalloprotease ZMPSTE24 und die Carboxymethylierung des C-Terminus durch die Isoprenylcystein-Carboxymethyltransferase. Schließlich werden die 15 C-terminalen Aminosäuren, einschließlich des Farnesylschwanzes, durch ZMPSTE24 gespalten, wodurch reifes Lamin A in die Lamina freigesetzt wird.

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HGPS is caused by a de novo heterozygous point mutation in LMNA (c.1824 C>T; p.G608G), wodurch eine kryptische Spleißstelle aktiviert und 50 Aminosäuren einschließlich der ZMPSTE24-Spaltstelle deletiert werden.Cistanche kaufenProgerin bleibt an der Kernmembran verankert und stört das Kerngerüst in dominanter Weise, was zu Kernanomalien, Heterochromatinverlust, telomerischer DNA-Schädigung und Seneszenz führt.3

Die intensive Untersuchung führte zu einigen vielversprechenden therapeutischen Strategien zur Behandlung von Progerie. Dazu gehören die Reparatur der LMNA-Mutation durch CRISPR-basierte Genbearbeitung, Oligonukleotid-basierte Ansätze zur Verhinderung des fehlerhaften Spleißens der Prä-mRNA, Medikamente, die die Progerin-Clearance erhöhen, und Interventionen, die auf nachgelagerte Folgen der Progerin-Expression abzielen (z. B. telomerische DNA-Schäden und Alterung).

Here, we discuss two recent breakthroughs that offer exciting opportunities for the treatment of progeria. In November 2020, the Food and Drug Administration (FDA) approved Lona-farnib (Zokinvy), a farnesyltransferase inhibitor(FTI), for the treatment of progeria, while David Liu's group used adenine base editors (ABE) to correct the progeric C>T-Mutation.5

Die permanente Farnesylierung und Membrananbindung von Progerin lieferte den Grund, FTIs als potenzielle Interventionen für Progerie zu testen. Eine Reihe von Proteinen, darunter kleine GTPasen und Tyrosinphosphatasen, sind farnesyliert, und die Proteinprenylierung ist für die transformierende Aktivität von Ras erforderlich. Infolgedessen gelangten FTIs in klinische Studien zur Behandlung von Malignomen, und es wurde als sinnvoll erachtet, ihr therapeutisches Potenzial bei Progerie zu untersuchen.

Die FTI-Behandlung verbesserte die Form der HGPS-Kerne und verbesserte Phänotypen bei progeroiden Mäusen.6 Diese Ergebnisse legten den Grundstein für zwei einarmige klinische Studien mit Lonafarnib, einem Medikament, das die Farnesyltransferase hemmt. Im Jahr 2007 wurden 62 HGPS-Patienten aus 34 verschiedenen Ländern im Alter zwischen 2-17 Jahren aufgenommen. Die Behandlung mit FT1 verbesserte die Gewichtszunahme und die Knochenmineraldichte, verringerte die Gefäßsteifigkeit und verlängerte die Überlebenszeit um 2,5 Jahre.78 Auf der Grundlage dieser Ergebnisse erteilte die FDA dem Antrag den Status einer vorrangigen Prüfung, und Lo-Nafarnib wurde als bahnbrechende Therapie und Arzneimittel für seltene Leiden ausgewiesen. Lonafarnib erhielt im November 2020 die FDA-Zulassung und ist das erste Medikament zur Behandlung von Progerie.

Obwohl die Studienergebnisse ermutigend sind, ist die Lonafarnib-Behandlung kein Heilmittel für Progerie. FTIs zielen auf eine Reihe anderer Proteine ​​ab, was zu langfristigen Nebenwirkungen führen kann. Darüber hinaus legen Experimente an Mäusen nahe, dass Progerin in Gegenwart von FTI Geranylgeranylierung erfahren kann. Daher kann eine Kombination von Geranylgeranyl-Transferase-1-Inhibitoren in Verbindung mit Arzneimitteln, die auf den Biosyntheseweg von Farnesylpyrophosphaten abzielen, wie z. B. Zoledronsäure (Bisphosphonat) und Pravastatin, die Protein-Prenylierung weiter reduzieren.ZistanchDennoch kann die Verbesserung begrenzt sein, da eine Expression von nicht farnesylierbarem Progerin in einem Mausmodell immer noch zu einem – wenn auch milderen – Krankheitsphänotyp führte.“ Dies unterstreicht die Bedeutung des Verständnisses der genauen Mechanismen, durch die Progerin Zellphysiologie beeinträchtigt und inwieweit die Blockierung der Protein-Prenylierung sie beeinflusst Darüber hinaus ist es wichtig, Therapeutika zu entwickeln, die an der Wurzel des Problems ansetzen: der LMNA-Mutation.

Geben Sie die Genombearbeitung ein

CRISPR-Cas9-mediated disruption of mutated LMNA previously resulted in improved phenotypes in HGPS fibroblasts and mouse models.4 However, these approaches have limited translational potential as they generated deletions and insertions. To circumvent this problem, laboratory-evolved ABEs were fused to a catalytically dead CRISPR-Cas nuclease and guided to the LMNA locus by a guide RNA. The ABE converted the mutated adenine (c.1824 C>T) to inosine, which pairs like guanine, restoring the complementary thymine back to cytosine (c.1824 T>C). Cistanche AustralienBei HGPS-Fibroblasten erfolgte die ABE-vermittelte Korrektur von mutiertem LMNA mit hoher Effizienz (~90 Prozent) und führte zu reduzierten Progerinspiegeln und einer wiederhergestellten Kernmorphologie.

Um die ABCs in vivo zu testen, wurden Adeno-assoziierte Virus9(AAV9)-Kapside verwendet, um die ABCs an Mäuse abzugeben, die die menschliche LMNA-G608G-Mutation tragen. Injektionen wurden am postnatalen Tag 3 (P3) und P14 durchgeführt und die Korrekturhäufigkeit wurde 6 Wochen und 6 Monate nach der Injektion bewertet. Die Korrekturhäufigkeiten reichten von 10 % -30 % im Herzen, Quadrizeps, der Aorta und den Knochen bis zu über 60 % in der Leber. Die Bearbeitung war weniger effizient in Lunge, Haut, viszeralem Fett und weißem Fettgewebe, Nieren und Milz. Interessanterweise nahm die Menge an korrigiertem LMNA im Laufe der Zeit in einer Vielzahl von Geweben zu. Dies kann AAVs zugeschrieben werden, die in einigen Geweben bestehen bleiben und den Bearbeitungsprozess fortsetzen, oder dass bearbeitete Zellen einen Wachstumsvorteil gegenüber unkorrigierten Zellen aufweisen. In Übereinstimmung mit dieser Vorstellung nahmen die Progerinspiegel in der Leber (-87 Prozent), dem Herz (-86 Prozent) und der Aorta (-49 Prozent) signifikant ab. Kardiovaskuläre Komplikationen bei HGPS-Patienten sind durch den Verlust von vaskulären glatten Muskelzellen (VSMC), periadventitieller Verdickung und Aortenversteifung gekennzeichnet.Cistanche-VorteileWichtig ist, dass Aorten von behandelten Mäusen einen 11--fachen Anstieg der VSMC zeigten, eine wiederhergestellte Verdickung der Adventitia aufwiesen und behandelte Mäuse eine 2,4--fach verlängerte Lebensdauer aufwiesen.

Einige ältere, behandelte Mäuse entwickelten jedoch Lebertumoren, die möglicherweise aus einer AAV-Insertion stammen, die mit Lebertumorentstehung assoziiert ist. Zusätzliche Studien werden notwendig sein, um die Langzeitfolgen der AAV-Transduktion und der ABE-Behandlung zu bestimmen. Schließlich kann die Einführung von ABCs in Menschen eine Immunantwort hervorrufen, die überwacht und möglicherweise durch Immunsuppression gemildert werden muss.

Unabhängig davon zeigen diese spektakulären Ergebnisse, dass eine einzige Injektion von ABE die Herzgesundheit verbessert, die Schlüsseldeterminante für frühe Morbidität bei Progerie-Patienten, und die Lebensdauer von Progeroid-Mäusen verlängert. ABEs in Verbindung mit Antisense-Oligonukleotiden und FTI-Behandlung schaffen aufregende neue Wege für die Behandlung von HGPS und liefern einen Machbarkeitsnachweis für andere genetische Erkrankungen.

DANKSAGUNGEN

Diese Arbeit wurde vom Singapore Biomedical Research Council und der Singapore Agency for Science, Technology and Research (A*STAR) unterstützt.

Dieser Artikel ist ein Auszug aus Med 2, 353–354, 9. April 2021 ª 2021 Elsevier Inc.