/ / /

Rdzeniowy zanik mięśni (SMA), podłoże genetyczne i terapie. Część 1

avatar
mgr Anna Kordala 30 Paź, 10 minut czytania

 

Rdzeniowy zanik mięśni (SMA – ang. Spinal muscular atrophy) to rzadka choroba genetyczna, która dotyka głównie niemowlęta i małe dzieci. W Europie występuje mniej więcej raz na 8000 żywych narodzin (1). Jest chorobą o podłożu nerwowo mięśniowym – w SMA zanikają neurony ruchowe, odpowiadające za pracę mięśni (2). W konsekwencji mięśnie nie otrzymują informacji do pracy, słabną i z czasem zanikają.

Śmierć neuronów ruchowych wynika ze znacznego niedoboru białka SMN (survival motor neuron – białka przeżycia neuronów ruchowych) (2,3). Historycznie wyróżnia się kilka typów choroby (0- IV) na podstawie wieku pacjenta w momencie wystąpienia pierwszych objawów i umiejętności, jakie chory osiągnął (np. siedzenie, chodzenie) (4). Jednak te typy powoli ulegają dezaktualizacji ze względu na dostępne efektywne leczenie. SMA jest jedną z bardzo niewielu chorób rzadkich, na które od kilku lat istnieją skuteczne metody leczenia.

W czwartym numerze genetyki mogliście się zapoznać z małym kompendium wiedzy na temat SMA. W niniejszym artykule pochylę się nad genetyką chorych na SMA i pierwszym dopuszczonym do leczenia SMA lekiem – nusinersenem (Spinraza®), obecnie refundowanym w Polsce. W następnym numerze przeczytacie o terapii genowej Zolgensma®, dopuszczonej do użytku w Europie pod koniec maja 2020, oraz o risdiplamie (Evrysdi®), doustnym leku w postaci syropu, który z na początku sierpnia został dopuszczony do użytku w USA. Zapraszam do lektury.

 

Droga od genu do białka

Żeby zrozumieć, skąd bierze się SMA i jak działają dostępne leki, musimy cofnąć się do podstaw biologii. Instrukcje niezbędne do budowy ludzkiego ciała zapisane są w ogromnej cząsteczce zwanej DNA. Gen to taki fragment DNA, który zawiera instrukcję do produkcji jednego białka. Więc jeśli z jakiegoś powodu brakuje pewnego genu lub nie działa on prawidłowo, to będzie również brakowało odpowiadającego mu białka.

Wyobraźcie sobie, że gen w DNA wygląda jak koraliki na łańcuszku. Koraliki to części kodujące instrukcję (tzw. eksony), a łańcuszek to części niekodujące (tzw. introny) (Rycina 1.)

Rycina 1 – Schematyczna ilustracja drogi od genu do białka

 

Droga od genu do białka przebiega tak:

  1. Na początku gen przepisywany jest z DNA na pre-mRNA, które jest bardzo podobne do DNA pod względem budowy, geny nadal wyglądają jak koraliki na sznurku.
  2. Splicing / składanie genu / wycinanie sznurka. (Ten etap jest bardzo ważny w SMA i w terapii). Koraliki i sznurek zostają od siebie oddzielone. Sznurek zostaje wyrzucony, a koraliki zostają przyklejone do siebie jeden przy drugim. Kolejność koralików jest bardzo ważna, tak samo jak bardzo ważne jest, aby nie pominąć żadnego koralika. Ta cząsteczka nazywa się mRNA.
  3. mRNA jest bezpośrednią instrukcją do stworzenia białka. Uruchamia się cała maszyneria komórkowa i krok po kroku powstaje nowe białko, z grubsza gotowe do działania.

 

Rzut oka na geny osoby zdrowej i chorej na SMA

Osoba zdrowa ma dwa bliźniacze geny – SMN1 i SMN2 (5). Są prawie takie same, ale nie identyczne. W genie SMN2 doszło podczas ewolucji do pewnej mutacji (zmiany) i w wyniku tego nie produkuje on białka SMN tak dobrze jak SMN1. W praktyce oznacza to, że prawie całe białko SMN pochodzi z genu SMN1, a jedynie jakieś 10–15% pochodzi z SMN2 (5,6).

Rycina 2 – Schematyczna ilustracja genetycznych różnic i ich konsekwencji pomiędzy populacją ogólną a chorymi na SMA

 

Ale dlaczego SMN2 produkuje takie małe ilości SMN?

I gen SMN1 i SMN2 składają się z ośmiu koralików, z ośmiu części instrukcji (Rycina 2). W przypadku SMN1 są one łączone ze sobą w prawidłowej kolejności od koralika nr 1 do koralika nr 8. W przypadku SMN2 jest inaczej – ta mała różnica pomiędzy genami powoduje, że w genie SMN2, podczas sklejania koralików, „wypada” koralik numer 7 i białko, które powstaje ma tylko koraliki 1-6 i 8. To tak zwane białko SMN delta7 (czyli SMN bez 7) (6–8). To białko nie spełnia swojej funkcji i jest szybko niszczone przez komórkę, która „zorientowała się”, że wyprodukowała wadliwy produkt.

Czasem jednak, w 10-15% przypadków zdarza się, że gen SMN2 wyprodukuje normalne, zdrowe białko SMN z wszystkimi częściami instrukcji – i to powoduje, że osoby chore na SMA w ogóle są wśród nas.

Dlaczego? A dlatego, że zdrowa osoba ma oba geny: SMN1 (który robi 85–90% roboty) i SMN2 (10–15% roboty). A osoba chora nie ma genu SMN1 i ma tylko gen SMN2 (albo geny, większość ludzi ma więcej niż jedną kopię). Osoba chora ma tylko ten zapasowy gen, który produkuje 10–15% prawidłowego białka. Te 10-15% wystarcza do donoszenia ciąży i narodzin, ale nie wystarcza do prawidłowego rozwoju, do bycia zdrowym, po prostu.

Jak widzicie, w SMA cierpi się z powodu niedoboru białka SMN, a nie jego zupełnego braku. Chociaż troszkę SMN trzeba mieć, żeby się narodzić. Nie istnieje żaden opisany medycznie przypadek osoby, której brakowałoby obu genów – SMN1 i SMN2, ponieważ w takich przypadkach podczas ciąży dochodzi do poronienia. I okazuje się, że żaden inny gatunek na świecie nie posiada SMN2, jesteśmy pod tym względem wyjątkowi i SMN2 jest genetyczną „świeżynką”, nawet Neandertalczycy go nie mieli (9).

Najważniejsza informacja jest taka, że każdy chory na SMA ma zapasowy gen SMN2, który produkuje małe ilości SMN i który wykorzystuje się w terapii.

 

Krótka historia pierwszej terapii, czyli jak nusinersen zmienił wszystko

SMA jeszcze do niedawna należała niestety do tych chorób, gdzie nie było skutecznych metod leczenia. Lekarze mogli zaproponować leczenie paliatywne i zachęcać do fizjoterapii. Taka diagnoza była jednak w przypadku niemowląt wyrokiem śmierci, który realizował się w ciągu około dwóch lat (w XXI wieku dzięki lepszej opiece, fizjoterapii ten wiek wydłużył się, zapraszam na niesamowitego bloga Preclowa Strona). A historia naturalna w dłuższym okresie była równią pochyłą. Od pierwszych objawów stan chorego już nie ulegał poprawie, konsekwentnie się pogarszał, a niemowlę traciło kolejne umiejętności. Jakiekolwiek poprawa była nieznaczna i krótkotrwała. W przypadkach dzieci zdiagnozowanych w pierwszych miesiącach życia (tzw. Typ I) oznaczało to, że maluszki zawsze pozostawały leżące, nigdy nie uzyskały umiejętności siadania. A z czasem trzeba było włączać podawanie pokarmu bezpośrednio do żołądka poprzez sondę, jak również wspomaganie oddychania, wentylację, tracheostomię. Wszystko to na oczach bezradnych rodziców, którzy niewiele mogli zrobić, aby poprawić stan swojego dziecka.

Dlatego możecie sobie wyobrazić, jakim dziejowym wydarzeniem dla tej społeczności było dopuszczenie do użytku nusinersenu (10). To był i jest game changer, zmiana paradygmatu, zwrot o 180 stopni po prostu. Dzieci przestały umierać. Lekarz przeszli od: „Państwa dziecko będzie się tylko pogarszać i możliwe, że wkrótce umrze” do „mamy skuteczne leczenie, które prawdopodobnie będzie poprawiać stan waszego dziecka, albo przynajmniej ustabilizuje go na obecnym poziomie”.

Wyniki były tak dobre, że grupa placebo stała się nieetyczna

Badania kliniczne nad nusinersenen, który wtedy nie miał swojej nazwy i występował pod roboczą nazwą SMNRx, rozpoczęły się w 2014 roku. Dane z pierwszej i drugiej fazy badań były zachęcające, ale dopiero trzecia faza, badanie znane jako ENDEAR opublikowane w 2017 r w NEJM, pokazało badaczom, pacjentom i producentowi, co mają w rękach (11). Do badania ENDEAR zrekrutowano 121 niemowląt poniżej siódmego miesiąca życia cierpiących na SMA typ I, i podzielono ich na grupę badaną i placebo w stosunku 2:1. Podczas rutynowej analizy okresowej, czyli jeszcze w trakcie trwania badania, zauważono, że grupa badana radzi sobie o wiele lepiej niż kontrolna i to na tyle, że nieetyczne było kontynuowanie podawania placebo. W grupie badanej poprawę zaobserwowano u 40% pacjentów, podczas gdy w grupie kontrolnej stan żadnego dziecka nie uległ poprawie. W związku z tym badanie zakończono wcześniej i wszystkie dzieci z grupy placebo zaczęły otrzymywać właściwą terapię.

Badanie ENDEAR stało się najsilniejszym argumentem przemawiającym za dopuszczeniem nusinsersenu do obrotu na terenie USA w grudniu 2016 i w Europie przez EMAę w maju 2017 roku. Środowiska Pacjentów i Rodzin SMA na całym świecie świętowały, ale też zakasywały rękawy do pracy nad refundacją w poszczególnych krajach. W Polsce również się to udało, między innymi za sprawą intensywnej działalności polskiej Fundacji SMA, i od 1 stycznia 2019 wszyscy chorzy, niezależnie od typu choroby, wieku i stanu zdrowia mogą otrzymywać leczenie w ramach NFZ. A warto zauważyć, że w Unii Europejskiej katalogowy koszt jednej dawki to obecnie 90 000 euro, a lek należy przyjmować do końca życia co 4 miesiące.

Ze względu na swoją budowę nusinersen nie przechodzi przez barierę krew-mózg. Rdzeń kręgowy, z którego wychodzą umierające w SMA neurony, również znajduje się poza tą barierą. Oczywiście są substancje, które przez nią przenikają (alkoholu nie muszę nikomu przedstawiać), ale nusinersen jako cząsteczka jest zbyt duży. Dlatego, aby nusinersen zadziałał na neurony motoryczne znajdujące się w rdzeniu kręgowym, musi zostać podany bezpośrednio dokanałowo, przez punkcję lędźwiową. Z tego też względu niektórzy pacjenci o zaawansowanej skoliozie nie mogą otrzymać tego leku. Oni czekają na syrop, risdiplam, o którym napiszę w kolejnym odcinku.

Z badania ENDEAR wynikała jeszcze jedna rzecz, która nadal jest przedmiotem intensywnych badań – dzieci, u których leczenie zastosowano w krótkim czasie po diagnozie, odpowiadały na terapię lepiej niż te, u których choroba trwała dłużej. Ta obserwacja spowodowała rozpoczęcie kolejnego badania klinicznego, NURTURE (12). Zrekrutowano do niego 25 niemowląt, w większości noworodków, u których diagnoza SMA została postawiona na podstawie badań genetycznych, i rozpoczęto terapię jeszcze przed wystąpieniem objawów. Aby odnaleźć noworodki, które prawdopodobnie rozwinęłyby tę rzadką chorobę, badacze skontaktowali się z rodzinami, w których wcześniej urodziło się dziecko z SMA, a które zdecydowały się na kolejne dziecko. Pod koniec 2019 roku opublikowano wyniki analizy okresowej, z której wynika, że niemal 3 lata po rozpoczęciu badania, wszystkie dzieci żyją, potrafią samodzielnie siedzieć, a 22 (88%) potrafi także samodzielnie chodzić. A mowa tu o dzieciach, które najprawdopodobniej nigdy by same nie usiadły i najpewniej zmarłyby przed ukończeniem dwóch lat lub potrzebowałyby w tym wieku całodobowego wsparcia oddechowego. Niektóre rodziny dokumentują postępy swoich dzieci we wzruszających relacjach tutaj i tutaj. Zapraszam Was do zobaczenia, co to znaczy, że nusinersen działa.

I tutaj pojawia się obecnie najbardziej paląca sprawa – badania przesiewowe noworodków. W Polsce wszystkim noworodkom wykonuje się badania przesiewowe na niemalże 30 chorób (co jest i tak dużą liczbą na tle innych krajów), przy czym SMA nie jest jedną z nich. Obecnie prowadzone są działania, żeby to się zmieniło. W ten sposób będziemy mogli w samej Polsce wyłapać około 40 noworodków rocznie i uchronić je od niepełnosprawności i od tej strasznej choroby, lub przynajmniej potężnie złagodzić jej przebieg.


Nusinersen to oligonukleotyd antysensowny, czyli molekularny plaster

Ale jak działa ta niezwykła cząsteczka? Żeby odpowiedzieć na to pytanie, musimy ponownie cofnąć się do fundamentalnej biologii i budowy komórki człowieka. Tak jak wspomniałam na początku, instrukcje niezbędne do budowy ludzkiego ciała zapisane są w ogromnej cząsteczce zwanej DNA. Geny stanowią tylko 1-2% DNA. Przez jakiś czas uważano, że cała reszta, czyli 98% DNA, nie ma żadnego znaczenia i nazywano ją nawet śmieciowym DNA (junk DNA). Dzisiaj wiemy jednak, że wcale tak nie jest. Te części co prawda nie zawierają instrukcji do produkcji białek, ale regulują, można powiedzieć: nadzorują jej przebieg.

Tak jak pisałam wyżej, każdy gen podzielony jest na sekwencje kodujące = eksony = koraliki, które oddzielone są od siebie elementami niekodującymi = intronami = łańcuszkiem, który zostaje w pewnym momencie wycięty, aby przykleić koraliki bezpośrednio do siebie (Rycina 1.). Gen SMN2, który ma każdy chory, składa się z 8 koralików i 8 części łańcuszka.

Wiecie też, że w genie SMN2 doszło w ewolucji do drobnej, ale ważnej zmiany, która powoduje, że koralik nr 7 wypada przy jego składaniu. W konsekwencji gen SMN2 w większości produkuje za krótkie białko (SMN delta 7), które nie działa (Rycina 2.).

Naukowcy badając SMA wiedzieli już, że te niekodujące elementy wcale nie są w naszym genomie „przy okazji”, tylko pełnią ważne funkcje. Szukali w łańcuszkach genu SMN2 takiego fragmentu, który decyduje o tym, że koralik nr 7 jest włączony do ostatecznej instrukcji. W 2004 roku odkryli ów krótki fragment, nazwany ISS-N1 (Rycina 3) (13). Znajduje się on w łańcuszku (intronie) nr 7, między koralikiem 7 a koralikiem 8. Obecność tego fragmentu powodowała wypadanie koralika nr 7. Zauważyli, że jeśli „ukryją” ten fragment przed maszynerią komórkową, to wtedy koralik nr 7 jest włączony do instrukcji i produkowane jest więcej prawidłowego SMN (14).

Można powiedzieć, że nusinersen to taki „molekularny plaster”. Pasuje idealnie do ciągu ISS-N1 i zakrywa go. Dzięki temu komórka „myśli”, że tego fragmentu w ogóle nie ma, mechanizm molekularny go nie widzi. I w konsekwencji włącza koralik nr 7 do produkowanego białka, co sprawia, że powstaje więcej funkcjonalnego białka SMN.

Rycina 3- Schematyczna ilustracja efektów działania nusinersenu.

 

W nusinersenie piękne jest to, że pasuje on tylko do tego konkretnego fragmentu RNA: ISS-N1 w genie SMN2, nie pasuje do niczego innego. Dzięki temu wpływa tylko na splicing genu SMN2, a nie wpływa na składanie innych genów. Jest bardzo precyzyjny, co zmniejsza jego skutki uboczne, a najczęstsze z nich to ból głowy, pleców oraz wymioty.

Od odkrycia fragmentu ISS-N1 do zaaprobowania nusinersenu minęło 12 lat – i powiem Wam, że w świecie pracy nad nowymi lekami to jest całkiem szybko!

W Polsce pacjentów chorych na SMA i ich rodziny zrzesza Fundacja SMA, która stara się przyspieszyć dostęp do badań klinicznych i refundowanego leczenia, zajmuje się także szerzeniem wiedzy na temat SMA, zapewnianiem pomocy nowo zdiagnozowanym pacjentom i ich rodzinom, oraz integruje środowisko. Adres fundacji: https://www.fsma.pl/

 

Czyli podsumowując:

  • Rdzeniowy zanik mięśni (SMA) to choroba genetyczna dotykająca głównie niemowlęta i małe dzieci, ale nie należy zapominać o dorosłych. Powoduje postępujące osłabienie mięśni pacjenta.
  • SMA występuje na skutek mutacji lub delecji obu kopii genu SMN1, które odpowiada za przeżycie neuronów ruchowych.
  • SMA da się leczyć i pierwszym dopuszczonym lekiem jest refundowany nusinersen.
  • Badania kliniczne udowodniły skuteczność i bezpieczeństwo nusinersenu. Jego dopuszczenie dało dziesiątkom tysięcy ludzi na świecie realną nadzieję na lepsze życie lub na życie w ogóle.
  • Nusinersen wykorzystuje fakt, że każdy chory posiada ‘zapasowy’ gen SMN2. Powoduje on, że z genu SMN2 jest produkowane więcej prawidłowego białka SMN, co przekłada się na poprawię stanu pacjenta i zdobywanie przez niego nowych umiejętności.
  • Lek musi być podawany dokanałowo, bo nie przechodzi przez barierę krew-mózg.

 

Jak wspomniałam, SMA jest jedną z tych rzadkich chorób, na które od bardzo niedawna istnieje leczenie, i to niejedno. W następnym odcinku przeczytacie o terapii genowej Zolgensma, tak zwanym najdroższym leku świata, i risdiplamie, leku o podobnym mechanizmie działania co nusinersen, ale w postaci syropu poziomkowego. Zapraszam!

 

Bibliografia:

1. Pearn J. Incidence, prevalence and gene frequency studies of chronic childhood spinal muscular atrophy. J Med Genet. 1978;409–13.

2. Monani UR. Spinal Muscular Atrophy : A Deficiency in a Ubiquitous Protein ; a Motor Neuron-Specific Disease. Neuron. 2005;48:885–96.

3. Lefebvre S, Bürglen L, Frézal J, Munnich A, Melki J. The role of the SMN gene in proximal spinal muscular atrophy. Hum Mol Genet. 1998;7(10):1531–6.

4. Russman BS. Spinal Muscular Atrophy : Clinical Classification and Disease Heterogeneity Clinical Classification. J Child Neurol. 2007;

5. Lefebvre S, Burglen L, Reboullet S, Clermont O, Burlet P, Viollet L, et al. Identification and Characterization of a Spinal Muscular Atrophy-Determining Gene. Cell. 1995;80:155–65.

6. Lorson CHLL, Ahnen ERICH, Ndrophy ELJA, Irth BRW. A single nucleotide in the SMN gene regulates splicing and is responsible for spinal muscular atrophy. Proc Natl Acad Sci. 1999;96(May):6307–11.

7. Cartegni L, Krainer AR. Disruption of an SF2 / ASF-dependent exonic splicing enhancer in SMN2 causes spinal muscular atrophy in the absence of SMN1. Nat Genet. 2002;30(april):377–84.

8. Cho S, Dreyfuss G. RESEARCH COMMUNICATION A degron created by SMN2 exon 7 skipping is a principal contributor to spinal muscular atrophy severity. Genes Dev. 2010;438–42.

9. Florio M, Heide M, Pinson A, Brandl H, Albert M, Winkler S, et al. Evolution and cell-type specificity of human-specific genes preferentially expressed in progenitors of fetal neocortex. Elife. 2018;7:1–37.

10. FDA. FDA approves first drug for spinal muscular atrophy. https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-approves-first-drug-spinal-muscular-atrophy. 2016.

11. Finkel RS, Mercuri E, Darras BT, Connolly AM, Kuntz NL, Kirschner J, et al. Nusinersen versus sham control in infantile-onset spinal muscular atrophy. N Engl J Med. 2017;377(18):1723–32.

12. De Vivo DC, Bertini E, Swoboda KJ, Hwu WL, Crawford TO, Finkel RS, et al. Nusinersen initiated in infants during the presymptomatic stage of spinal muscular atrophy: Interim efficacy and safety results from the Phase 2 NURTURE study. Neuromuscul Disord [Internet]. 2019;29(11):842–56. Available from: https://doi.org/10.1016/j.nmd.2019.09.007

13. Singh NK, Singh NK, Singh RN, Singh RN. Splicing of a Critical Exon of Human. Mol Cell Biol. 2006;26(4):1333–46.

14. Singh NN, Howell MD, Androphy EJ, Singh RN. How the discovery of ISS-N1 led to the first medical therapy for spinal muscular atrophy. Gene Therapy. 2017.

 

Linki do stron wymienionych w tekście:

Preclowa Strona: https://preclowastrona.wordpress.com/

Badanie ENDEAR: https://www.nejm.org/doi/10.1056/NEJMoa1702752?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub%20%200www.ncbi.nlm.nih.gov

Fundacja SMA: https://www.fsma.pl/

Badanie NURTURE: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960896619311277?via%3Dihub

Skutecznosc leczenia (tutaj i tutaj)

https://www.leczymysma.pl/

https://www.fsma.pl/leki/spinraza/skutecznosc/

Podziel się: