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Les thérapies géniques en maladies neuromusculaires: la voie du futur?
Nicolas Chrestian MD FRCP(C) CSCN Centre Mère-Enfant Soleil
Québec IRDPQ mai 2017
Conflit intérêt
• Conseiller pour PTC therapeutics (sans honoraires)
• Conseiller pour biogen therapeutics (sans honoraires)
Objectifs :
• Comprendre les thérapies géniques et leurs implications
• Illustrer par des exemples • Mettre à jour les connaissances sur les
thérapies géniques en maladie neuromusculaire
• Comprendre les facteurs limitants de ces thérapies
Chronologie de la thérapie génique
>1900 essais thérapie génique 9% désordre monogénique
2017
Pourquoi une thérapie génique?
• Modèle parfait: les maladies neuromusculaires neurogéniques – Plusieurs avantages comparant aux
pharmacothérapies classiques • Correction complète du désordre (cure?) • Très spécifique: (Rx ciblé) • Efficacité long terme: (pas besoin de répéter les doses?)
Quel type de thérapies géniques
• Chaque stratégie est adaptée à la physiopathologie:
• Donc chaque maladie ont un traitement spécifique – Gene addition: DMD, XLMTM, LGMD2D – Gene correction: DMD – Gene substraction: FSHD, Myotonic Dystrophy
Exemple of la génétique du Duchenne
• Paradigme: (10% patients ne suivent pas la règle)
– Cadre de lecture: • I LOVE RED CARS
– Out of frame: Duchenne • I RED CARS
– In frame: (protéine partielle) Becker
• I LOVE CARS
large deletions
70%
large duplications
11%
small mutations
16%
intonic mutations
3%
America
Génétique de la dystrophie myotonique
Déficit enzymatique XLMTM
Carte des thérapies géniques
•Protein replacement •Enzyme replacement •Antiapoptosis •antifibrosis
• Satellite cells and myoblasts
•Myogenic stem or progenitor cells
•mesangioblasts
•Antisense oligonucleotide (AON)
•Read through molecules
•Vector mediated •Viral •Non viral
•Gene editing •TALEN • INDEL • Zinc Finger Remplacement
géne Réparation mutation
cascade interaction: apoptose et
fibrose
Thérapie cellulaire
1-vecteurs Viral
• Adeno-associated virus Recombinant (rAAV) – Non pathogénique – Stable dans les cellules – Tropisme pour muscle
• Problèmes :
– Délivrer gros gène (dystrophine) – Limitation du paquetage – Réaction Immune: cell T antidystrophine? – Risque de Mutagénèse ?
Autres vecteurs viraux • Lentivirus
– Avantage: Stable intégration
– Désavantage: cells divisées, pack limité, mutagenèse
• Rétrovirus – Avantage: stable, dividing
and non dividing, persistent
– Désavantages: mutagenèses?
Guan, Methods 2016
Micro or mini?
• Stratégie: – Minidystrophins (
deletion in spectrin repeat) and microdystrophins (deletion c terminal part)?
– Dual vectors? • Trans-splicing approach • Overlap sequence
Rodino-Kaplac, current neurol (2013), 13:332
Toutes dystrophies musculaires?
Dystrophies des ceintures?
Straub et al, Neuromuscular disorders 26 (2016) 111-125
Remplacement enzymatique?
• X linked Myotubular myopathy.
• Mutation faux sens gène MTM1
• MTM1 Myotubularin lipid phosphatase.
• rAAV8: paqué MTM1
Buj-Bello et al. Hum Mol Genet 2002
Comprendre histoire naturelle des MN
Multicentrique Europe Amérique du Nord
Atrophie musculaire spinale
• rAAV9 : expression gène SMN • Pas d’effets secondaires class I
– transaminites – Tous patients tolèrent bien – Progression force musculaire auCHOP-IN-TEND
scoring system
Bengtsson and al human molecular genetics 2016
large deletions
70%
large duplications
11%
small mutations
16%
intonic mutations
3%
America
2-Exon Skipping and Read through In DMD Patients
Qui est concerné par exon skipping
• 60-80% of DMD • Restaurer le cadre de
lecture • Oligonucleotides
Antisense : – Splicing modification – 2 types biochimiques.
• Morpholino: eteplirsen • 2’OMe: drisapersen
Exon skipping
Idée élégante: “revertant” fibers (fibres musculaires qui réexpriment la dystrophine spontanément. Systéme endogéne d,exon skipping)
Exon Skipping production de masse
• Autres exon skipping à venir – Exon 44 – Exon 45 – Exon 53 – Exon 19
L’Expérience GSK
They described loss of engagement, distress, and feeling unprepared for the possibility of trial termination
Exon skipping et autres maladies neuromusculaires
– SMA (ISIS trial): inhibition intronic splice silencer
– Dysferlinopathie: exon 32 skipping
– Fukuyama CMD: morpholino cocktail
ISIS Trial: nouvel espoir?
• Exon skipping. • Sauter le splice silencer
et inclure exon 7 and produire transcription complète de SMN2 gêne
• Mars 2016 • Phase 1 Nursinersen (ISIS-
SMNRx) • Efficacité, tolérance et
sécurité • Demi-vie 4-6 mois • Augmentation HFMSE
scores at 9mg après 3 mo et bénéfice à 9- 14 mo
ISIS Trial: nouvel espoir?
Chriboga and al, Neurology april 2016
Richard S. Finkel, MD 13 January 2017
Primary Efficacy and Safety Results From the Phase 3 ENDEAR Study of
Nusinersen in Infants Diagnosed With Spinal Muscular Atrophy (SMA)
Finkel RS,1 Kuntz N,2 Mercuri E,3 Muntoni F,4 Chiriboga CA,5 Darras B,6 Topaloglu H,7 Montes J,5 Su J,8 Zhong ZJ,9 Gheuens S,9 Bennett CF,8 Schneider E,8 Farwell W,9 on behalf of the ENDEAR study group
1Nemours Children’s Health System, Orlando, FL, USA; 2Ann & Robert H. Lurie Children’s Hospital of Chicago, Chicago, IL, USA; 3Università Cattolica del Sacro Cuore, Rome, Italy; 4University College London, London, UK; 5Columbia University, New York, NY, USA; 6Boston Children’s Hospital, Boston, MA, USA; 7Hacettepe University, Ankara, Turkey; 8Ionis Pharmaceuticals, Inc., Carlsbad, CA, USA; 9Biogen, Cambridge, MA, USA
43rd Annual Congress of the British Paediatric Neurology Association 11-13 January, 2017
Cambridge, UK
Motor Milestone Responders:
IES Population • Highly clinically and statistically significant percentage of motor milestone
respondersa
0
10
20
30
40
50
Sham procedure control Nusinersen
Ove
rall
perc
enta
ge o
f mot
or
mile
ston
e re
spon
ders
b
41%
0%
P=.000027
aThe interim efficacy analysis was conducted on 15 June 2016, once ~80 participants had the opportunity to be assessed at the Day 183 visit. bn=78.
Motor milestone responders, % Sham procedure control Nusinersen P value
6-month visit (n=78) 7 39 .0032
10-month visit (n=55) 0 47 .0002
13-month visit (n=34) 0 43 .0135
Change in HINE Motor Milestone Scores
Across Studies
Populations: NURTURE (232SM201) = interim efficacy set, CS3A = all dosed infants; ENDEAR (CS3B) = interim efficacy set. For each study, visits with n<5 are not plotted. aMaximum total milestone score = 26. bMedian (range) age at first dose: 19.0 (8–42) days. cMedian (range) age at enrolment: = 155 (36–210) days. dMedian (range) age at first dose: 175.0 (30–262) days.
232SM201 13 13 10 5
CS3A 20 20 19 19 18 17 17 14 15 13 14 11 11 10 7
CS3B-active 51 45 40 25 16
CS3B-control 27 20 18 12 7
Improvement for nusinsersen vs. sham procedure control in ENDEAR interim analysis (infantile-onset SMA; 2 SMN2 copies)d
Largest improvement in NURTURE (presymptomatic infantile-onset SMA; 2 or 3 SMN2 copies)b
Long-term improvement in CS3A (infantile-onset SMA)c
Mea
n (±
SE) t
otal
mile
ston
e sc
orea
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
1 29 64 92 183 302 394 505 568 631 694 757
Scheduled visit day
NURTURE (232SM201; N=13) CS3A (N=20)
ENDEAR (CS3B)-active (N=51)
ENDEAR (CS3B)-control (N=27)
Event-Free Survival: ITT Population at End of Study
• Significantly greater event-free survivala in nusinersen-treated infants (HR, 0.53; P=.0046)
aEvent-free survival = time to death or permanent ventilation (permanent ventilation was defined as tracheostomy or ≥16 hours ventilatory support per day for >21 days in the absence of acute reversible event in the determination of an independent endpoint adjudication committee). HR = hazard ratio.
Sham procedure control 41 30 14 9 7 7 Nusinersen 80 59 46 29 16 13
Prob
abilit
y of
eve
nt-fr
ee s
urvi
val
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0 13 26 39 52 56 Time, weeks
Sham procedure control Nusinersen
Nusinersen: 61%
Sham procedure control: 32%
Outcome Sham procedure control Nusinersen
Death or permanent ventilation, n (%) 28 (68%) 31 (39%)
Alive and no permanent ventilation, n (%) 13 (32%) 49 (61%)
Median time to death or permanent ventilation: Nusinersen: not reached Sham procedure control: 22.6 weeks
Exon skipping: rien n’est parfait
• Questions en suspens; – Le coeur?? – Difficulté à transduire dans les cellules cardiaques. – Certains modéles souris démontrent une
décompensation cardiaque – 85% de clairance au 1er passage: – Effet hors cible:mutagenese?
3-Non sense read through
3-Non sense read through
• 10-15% DMD avec codon stop précoce ( mutation non sens) – Preuve de principe avec souris MDX + gentamycine
(mais dose dependent) – PTC124 (Ataluren): – Oral – 70-90% rexepression dystrophine dans le muscle and
le coeur – Phase I: sécuritaire – Phase 2b: échec
Non sense read through
• PTC 124: – Reanalyse – Problème dans histoire naturelle DMD – Efficace dans le sous groupe des patients qui declinent
– Ralenti la maladie mais pas curatif – Coût $$$ – Apprové en europe, FDA a refusé d’évaluer à la
première soumission
Aigre doux • Phase III ACT DMD
– Sub population • 7 yo • 6 MWD>150m and <80% predicted6 MWD
– Last october 2015:
• Totality of clinical data demonstrate Translarna's ability to slow disease progression for patients with nonsense mutation Duchenne muscular dystrophy -
• - 15 meter benefit observed in 6MWD in overall study population (p=0.213, n=228) -
• - 47 meter benefit observed in 6MWD in pre-specified subgroup of 300 - 400 meters at baseline (p=0.007, n=99) -
• - Pre-specified meta-analysis of combined ACT DMD and Phase 2b studies demonstrated benefit in Translarna-treated patients across primary (p=0.015, n=291) and key secondary efficacy endpoints - Still last Feb 2016:
FDA refused to file !
Nonsense read through
• Nonsense-mediated decay: – Systeme surveillance ARN – Prevenir expression protein aberrante – systeme rapide – Besoin potentiel d’inhiber le systeme pour rendre
la molecule de read through efficace
Les difficultés de la thérapie génique?
• Translation aux patients neuromusculaires • Des tonnes d’étude “proof or principle”
– Quel % d’amélioration chez une souris est significatif pour un humain
• (signification statistique mais pas fonctionnel)
– Besoin d’autres biomarqueurs • Muscle MRI • Functionnel: coeur, poumons, cerveau?
4-un pas dans le futur • Solution ultime: édition de
Gene – Oligonucleotide-mediated
genome repair • Point mutations
– Spliceosome-mediated RNA trans-splicing
• At pre-mRNA level – Gene targeting
• Endonuclease • Incorporation microdeletion
and insertions (INDELS) – CRISPR/CAS9 (2015!)
• Non homology end joining (NHEJ)
• Homology direct repair (HDR) – + repair matrix
Jarmin and al, expert opin. Biol. Ther (2014) 14 (2)
Gene editing
4-CRISPR/CAS9 • An adaptative immune
system – Used by mcrobes to defend
themselves against invading virus
– Repurposed for gene editing: guide RNA with endonuclease (molecular scissor0
– Could potentially help up to 80% of DMD patients
– Proof of concept recently by 3 different team
– Using rAAV • Maintained correction for
months!
Calos and al. NEJM april 2016
4-CRISPR-Cas 9 system
• Les risques: – Off target – Reaction Immune – Réponse soutenue? – Pour le moment restore le cadre de lecture ds
DMD
5- promouvoir le remplacement et/ou la croissance musculaire
5-thérapie cellulaire • Transfert de myoblaste:
– Plein de promesse pour la souris
– Décevant sur hommes • Immune reaction • Problème dispersion • Faible survit celluaire
• Mesangioblaste:
– Migration vasculaire – GRMD: prometteur – Étude de reprogramation
cellulaire
• difficultés: – Compliqué – instable
Skuk and al, Mol Biol Cell 2004
regeneration et replacement musculaire
• Myostatin inhibiteur – Myostatin inhibitor of
IGF-1 (anti anabolic) – Using autoantibodies to
block myostatin – Étude de principe
positive – étude Phase 2 pour
tolérance et sécurité en cours: très prometteur pour les patients enrolé
Reduire apoptosis
• Régénére ad 20% des fibres
• Faible croissance force musculaire
• Mais pas d,effet sur marquer standardisé comme 6MWD, VEMS…
Programme de prévention/dépistage?
Où sommes nous en 2017? Snapshot
Benedetti and al, FEBS journal 280 (2013) 4262-4280
CRISPR/CAS9 (sgRNA)
Sleeping beauty
À retenir • Beaucoup d’options en cours d’évaluation • Toutes les maladies neuromusculaires peuvent bénéficier
de ces thérapies • Remplacement ou ajout à la corticothérapie dans les
dystrophinopathies? • Quand, comment, combien de temps? • Je m,attends à une combinaison des approches:
– Promouvoir l,expression du géne defectueux – Diminuer la cascade négative inflammatoire – Induire la régénération et croissance cellulaire
– Médecine hautement personnalisée
Le succés de la thérapide génique: collaboration!
Biobanks Patients network
Natural history studies
Bedside Human clinical
research
General population Clinical Care
Bench Basic science research
Trial Translation to clinical practice
Outcome of new treatment