ALS drugs that may enter a phase III trial in 2019

Arimoclomol

Arimoclomol is an experimental drug developed by CytRx Corporation. Arimoclomol is believed to function by stimulating a normal cellular protein repair pathway through the activation of molecular chaperones. Since damaged proteins, called aggregates, are thought to play a role in many diseases, CytRx believes that arimoclomol could treat a broad range of diseases.

Heat shock transcription factor 1 (HSF1), a central coordinator of the chaperone response, helps cells managing proteins that are misfolded or aggregated. HSF1, which is activated during times of stress, switches on multiple genes, including the gene encoding the disaggregase Hsp40.

NurOwn

NurOwn is an experimental cell-based therapy by BrainStorm Cell Therapeutics that contains autologous cultured mesenchymal bone marrow stromal cells secreting neurotrophic factors including BDNF, GDNF and HGF, as a possible treatment for patients with ALS.

Brainstorm’s NurOwn therapy consists of bone marrow stem cells taken from each individual person, differentiated into cells that make neuroprotective growth factors, and infused back into muscle or the spinal cord.

Brainstorm’s therapeutic differs from that of the better-known Neuralstem, Inc., of Rockville, Maryland, which is transfusing neural stem cells from fetal tissue into the spinal cords of people with ALS.

Though it has great potential for clinical applications, the differentiation of MSCs is precisely regulated and coordinated by mechanical and molecular signals from the extracellular environment and involves complex pathways at the transcriptional and post-transcriptional levels that remain largely unexplored.

MSC-NTF cells are Mesenchymal Stromal Cells (MSC) induced to express high levels of neurotrophic factors (NTFs) using a culture-medium based approach.

ODM-109

ODM-109 aims in part, to improve breathing in ALS by improving the performance of muscles in the diaphragm. The drug candidate, also known as oral levosimendan, increases the force of contraction of certain muscles by boosting the calcium sensitivity of troponin C.

The drug candidate is an oral formulation of levosimendan. An intravenous formulation of levosimendan, marketed under the name Simdax, is clinically approved in some countries for the treatment of acute heart failure. Levosimendan's positive inotropic and vasodilator effects are tied to its abilities to increase calcium sensitivity and open ATP-sensitive potassium positive ion (K+) channels (mitoKATPchannels)

Levosimendan favourably affects mitochondrial adenosine triphosphate synthesis, conferring cardioprotection and possible neuronal protection during ischemic insults. In a model of spinal cord injury, levosimendan has been reported to attenuate neurologic motor dysfunction. This finding is supported by the fact that the selective mitoKATPchannel opener, diazoxide, is an effective neuroprotectant, as has been demonstrated in an ischemia reperfusion study in rats.

Tofersen

IONIS-SOD1Rx is a generation 2.0 antisense drug specifically designed to inhibit production of mutant superoxide dismutase (SOD1). SOD1 mutations account for approximately 20% of familial ALS cases.

This drug is the result of a collaboration between Biogen and IONIS Pharmaceuticals (formerly ISIS). A Phase III clinical trial is recruiting participants as of April 2019. Study completion is expected in May 2020.

Researchers are also considering antisense treatment for another genetic form of ALS caused by expansions in the C9ORF72 gene. Antisense oligonucleotides are single strands of DNA or RNA that are complementary to a chosen sequence. The antisense oligonucleotide works by targeting and attaching itself to the stretch of RNA with the mistake so that the protein cannot be formed,, so prevent accumulation of these outside the nucleus.

Part of Isis’ success stems from chemically modifying oligonucleotides to make them last longer in the body and bind more tightly to their target RNAs.

SOD1Rx, like Kynamro, includes 2′-O-methoxyethyl sugars on its backbone. This modification typifies Isis’ second generation of oligonucleotide chemistry, but the company has developed other options. For SOD1 antisense, they plan to make it more potent before starting further safety trials, probably with higher doses and longer treatment times.

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This book retraces the main achievements of ALS research over the last 30 years, presents the drugs under clinical trial, as well as ongoing research on future treatments likely to be able stop the disease in a few years and to provide a complete cure in a decade or two.

1993: Première publication sur un lien entre SOD1 et SLA

biologie moléculaire

Cette découverte se produit à un moment où la biologie moléculaire occupe une place de plus en plus importante dans les publications, les créations de laboratoire et les offres de postes. Le consensus est alors que la biologie moléculaire a un pouvoir d'explication incroyable et une facilité à créer des traitements ad hoc au moyen de thérapies génétiques relativement simple. C’est donc un outil pour permettre la création rapide de brevets et de richesses. Cet engouement était similaire à celui que l’on a vu récemment pour Crispr-cas9.

Réception de l'article

Au début des années 80, il y a des recherches pour essayer de mettre en évidence si SOD1 est impliqué dans le syndrome de Down. SOD1 est en effet sur le chromosome 21, tout comme le gène APP, dont on dit qu’il participe à l’apparition des plaques amyloïdes de la maladie d’Alzheimer et DSCR1 qui est le gène maintenant impliqué dans la maladie de Down.

Dès la publication en 1993 du premier article par Daniel Rosen et Teepu Siddique, à propos de la découverte du lien entre des mutations de SOD1 et la SLA, la revue Nature a publié un commentaire enthousiaste sous le titre « Did radicals strike Lou Gehrig ? ». On reliait ainsi bizarrement ce que la publicité des cosmétiques matraquait sur les écrans, à une des maladies qui fait le plus peur avec le cancer. Le même commentaire introduit aussi le terme « exitotoxicity ».

Quel est le rôle de SOD1?

SOD1 est l’un des trois superoxydes dismutases responsables de la destruction des radicaux superoxydes libres dans le corps. SOD1, compte tenu de son rôle d’antioxydant, a contribué à promouvoir l’idée que les espèces réactives de l’oxygène, sont à l’origine de la SLA. Une mutation de SOD1 ferait perdre cette fonction antioxydante et ainsi petit à petit, les neurones moteurs mourraient. Les espèces réactives de l'oxygène (ROS), telles que les peroxydes et les radicaux libres, sont les produits hautement réactifs de nombreux processus cellulaires normaux, notamment les réactions mitochondriales qui produisent le métabolisme de l'ATP et de l'oxygène. Des exemples de ROS comprennent le radical hydroxyle OH, H2O2 et le superoxyde (O2). Certains ROS sont importants pour certaines fonctions cellulaires, telles que les processus de signalisation cellulaire et les réponses immunitaires contre les substances étrangères. Les radicaux libres sont réactifs, car ils contiennent des électrons libres non appariés; ils peuvent facilement oxyder d'autres molécules dans la cellule, causant des dommages cellulaires et même la mort cellulaire. On pense que les radicaux libres jouent un rôle dans de nombreux processus destructeurs du corps, du cancer à la maladie coronarienne.

Des auteurs qui expriment les limites de leur découverte

Dans ce premier article Rosen et Siddique expliquent qu’il n’est pas clair pourquoi un dysfonctionnement de SOD1 affecterait seulement les neurones moteurs. Rosen et Siddique indiquent également qu’il est curieux que les mutations trouvées puissent expliquer l’héritabilité de la SLA familiale, car les pertes de fonctions sont récessives plutôt que dominantes. Les mutations de SOD1 n’expliquent pas non plus la propagation de la maladie, mais Rosen et Siddique n’abordent pas ce point. Ils signalent une voie thérapeutique qui n’a jamais été essayée car assez farfelue sur le plan physiologique : Introduire du SOD1 non muté dans le système nerveux central des malades ayant une mutation de SOD1.

Quelle conséquence cet article a-t-il eu sur le cours de la recherche?

Cet article et la publicité qui lui a été donné par la presse scientifique, a détourné, durant presque 20 ans, la recherche sur la SLA, des granules de protéines mal repliées, qui date des années 80 et qui est aujourd'hui l'explication consensuelle. Cette explication a malheureusement été étendue aux cas sporadiques de SLA, même si, dès 1998, il avait été découvert que la protéine SOD1 créait des protéines mal repliées et mal localisées. Cette explication a été érodée à partir de 2006 où la découverte de l'implication de TDP-43 dans 95% des cas de SLA et 2011 avec la découverte de C9orf72 comme cause principale de la SLA familiale.

Il n’est pas sûr que cet article recevrait aujourd’hui le même accueil enthousiaste, d’abord le fond de l’article repose juste sur une corrélation entre 13 familles qui avaient un génome différent de celui d’individus sains. Il n’est jamais mentionné combien d’individus cela concerne. Non seulement cela représente un petit groupe non significatif sur le plan statistique, non seulement arguer d’une corrélation n’a rien de scientifique, mais il n’y a pas de contre expérience pour essayer de rejeter l’hypothèse.

Mais si on demande aujourd'hui à un professionnel quel est le principal gène impliqué dans la SLA, il y a hélas de fortes chances qu'il réponde "SOD1".

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Ce livre retrace les principales réalisations de la recherche sur la SLA au cours des 30 dernières années. Il présente les médicaments en cours d’essai clinique ainsi que les recherches en cours sur les futurs traitements susceptibles d’ici quelques années, d’arrêter la maladie et de fournir un traitement complet en une décennie ou deux.

Using gene therapy to treat multiple dystrophies

Congenital Muscular Dystrophy Type 1A (MDC1A) is caused by mutations in the Lama2 gene that cause muscle wasting and destruction of the protective myelin coating around the peripheral nerves. CRISPR has already shown positive preclinical results in Duchenne muscular dystrophy, mainly by targeting mutations in the gene that produces dystrophin, a protein essential for muscle support. Ronald Cohn and his colleagues at Toronto's Hospital for Sick Children (SickKids) used earlier CRISPR-cas9 to eliminate dysfunctional dystrophin exons (inclusion-exon strategy), leaving a shortened but still functional gene. The therapy has been effective for more than a year in mice. In another study researchers applied CRISPR to target exon 51 and successfully restored dystrophin levels to 92% of normal in models of Duchenne muscular dystrophy in dogs.

The problem of the heterogeneity of muscular dystrophies

There are more than 350 nonsense pathogen, missense, splice site and deletion mutations in LAMA2 reported to date.One of the problems in developing a therapy for the treatment of MDC1A is that the heterogeneity of the mutations often leads to varying severity and progression of the disease. Therefore, it is urgent to develop a universal, mutations-independent strategy that offers a therapeutic approach to all patients with MDC1A.

How to extend the application range of CRISPR-Cas9?

Given the number of genomic alterations causing MDC1A, the Crispr-Cas9-mediated correction would require the design and in-depth analysis of several single-guide RNAs (sgRNAs) specific to each mutation, which means that as many therapies of this type should be designed and evaluated thoroughly for each mutation. In addition, safety concerns regarding the potential mutagenic nature of the CRISPR-Cas9 system and the presence of non-targeted effects after gene editing remain, which together may be difficult from the point of view of safety and security. regulation.

A recent study has described the use of the CRISPR transcription activation system to induce expression of target genes in skeletal, renal and hepatic tissues, resulting in a phenotypic increase such as increased muscle mass and improvement. substantial pathophysiology of the disease. However, it relied almost exclusively on a transgenic mouse model expressing Cas9 or on local intramuscular treatments and so it is difficult to extrapolate the efficacy of this strategy to models relevant to the disease.

On the other hand, attenuation of disease pathogenicity by targeted modulation of disease-modifying gene expression would be a potentially safer and more beneficial alternative for all individuals with MDC1A.

An indirect strategy to address all congenital muscular dystrophies

Neuromuscular diseases have provided excellent examples for demonstrating the role of disease modifiers. One of the most potent disease modifiers reported for MDC1A is laminin 1, which is structurally similar to laminin 2. However, laminin 1 is not expressed in skeletal muscle or Schwann cells.

Previous studies have demonstrated that overexpression of transgenic Lama1 healed from myopathy and peripheral neuropathy in mouse models.

Although these studies established a compensation function for laminin 1 in MDC1A, the use of this modifier as postnatal genomic therapy is hampered by the size of the Lama1 cDNA, which exceeds the packaging capacity of AAV vectors. CRISPR-Cas9 technologies have offered opportunities for regulating gene expression and creating epigenetic alterations without introducing double-strand breaks in DNA, known as the CRISPR transcription activation system.

The strategy uses nuclease-deficient Cas9 (dCas9), which is unable to cut DNA due to mutations in the nuclease domains and retains the ability to specifically bind to DNA when guided by sgRNA.

CRISPR activation uses modified versions of dCas9, a mutation of Cas9 without endonuclease activity, with added transcriptional activators on dCas9 or the guide RNAs (gRNAs). Like a standard CRISPR-Cas9 system, dCas9 activation systems rely on similar components such as Cas9 variants for modulation or modification of genes, gRNAs to guide Cas9 to intended targets, and vectors for introduction into cells. However, while a standard CRISPR-Cas9 system relies on creating breaks in DNA through the endonuclease activity of Cas9 and then manipulating DNA Repair mechanisms for gene editing, dCas9 activation systems are modified and employ transcriptional activators to increase expression of genes of interest.

Using previously described Streptococcus pyogenes (Sp dCas9) fused to multiple copies of the VP16 transcription enhancer, Canadian and other researchers have demonstrated the use of the CRISPR-dCas9 system to positively regulate the expression of the modifying genes. vitro.

When the load is too big for viral vectors

A major challenge for in vivo applications is the large size of Sp dCas9 and its derivatives, which exceed the packaging capacity of the AAV genome. Targeting Lama1 presents a particular challenge: the gene is too large to be contained in the viral vectors traditionally used to administer gene therapy. To account for this limitation, the researchers adapted the transcriptional regulatory system and used a considerably smaller Cas9 protein, derived from mStaphylococcus aureus (Sa 9), to positively regulate Lama1.

What results were obtained?

By increasing the expression of Lama1, the treatment not only prevented paralysis in pre-symptomatic mice, but also reversed the progression of the disease in previously symptomatic animals. The treatment resulted in a reduction of fibrosis and an increase in the size of the muscle fiber, thus preventing the appearance of symptoms. More importantly, in mice already suffering from paralysis, the treatment also allowed the animals to get up and move. The researchers also observed a significant increase in nerve conduction velocity, showing a restoration of the myelin sheath and an improvement in neuromuscular function.

Application to Duchenne muscular dystrophy

The Cohn team believes that its strategy of using the CRISPR provided by AAV to upregulate Lama1 could also be applied to Duchenne muscular dystrophy. To achieve greater efficiency, the system could be used in combination with another technology that corrects the mutation. Its application as a combinatorial therapeutic approach, involving simultaneous up-regulation of protective disease-modifying genes and downregulation of harmful genes would represent a new paradigm for reducing disease phenotypes.

Utilisation d'une thérapie génique pour soigner de multiples dystrophies

La dystrophie musculaire congénitale de type 1A (MDC1A) est causée par des mutations du gène Lama2 qui entraînent une fonte musculaire et la destruction du revêtement protecteur de myéline autour des nerfs périphériques.

CRISPR a déjà donné des résultats précliniques positifs dans la dystrophie musculaire de Duchenne, principalement en ciblant les mutations du gène qui produit la dystrophine, une protéine essentielle au soutien musculaire.

Ronald Cohn et ses collègues de l'hôpital pour enfants malades (SickKids) de Toronto, ont utilisé précédemment CRISPR-cas9 pour éliminer les exons de dystrophine dysfonctionnels (stratégie d'inclusion-exon), laissant ainsi un gène raccourci mais toujours fonctionnel. La thérapie s'est avérée efficace pendant plus d'un an chez la souris.

Dans une autre étude des chercheurs ont appliqué CRISPR à l'exon 51 cible et rétabli avec succès les niveaux de dystrophine à 92% de la normale dans des modèles de la dystrophie musculaire de Duchenne chez le chien.

Le problème de l'hétérogénéité des dystrophies musculaire

L’un des problèmes posés par l’élaboration d’une thérapie pour le traitement de MDC1A est que l’hétérogénéité des mutations conduit souvent à une gravité et à une progression variable de la maladie. En effet il y a plus de 350 mutations non-sens pathogènes, faux-sens, site d'épissage et délétion dans LAMA2 signalées à ce jour. Par conséquent, il est urgent de développer une stratégie universelle, indépendante des mutations, qui offre une approche thérapeutique à tous les patients atteints de MDC1A.

Comment étendre la gamme d'applications de CRISPR-Cas9?

Étant donné le nombre d'altérations génomiques provoquant MDC1A, la correction médiée par Crispr-Cas9 nécessiterait la conception et l'analyse en profondeur de plusieurs ARN à guide unique (sgRNA) spécifiques à chaque mutation, ce qui signifie qu'autant de thérapies de ce type devraient être conçues et évaluées de manière approfondie pour chaque mutation.

De plus, des problèmes de sécurité concernant la nature mutagène potentielle du système CRISPR–Cas9 et la présence d'effets non ciblés après l'édition du gène subsistent, qui, ensemble, peuvent s'avérer difficiles du point de vue de la sécurité et de la réglementation.

Une étude récente a décrit l’utilisation du système d’activation de la transcription CRISPR pour induire l’expression de gènes cibles dans les tissus squelettiques, rénaux et hépatiques, entraînant une augmentation phénotypique telle que l’augmentation de la masse musculaire et une amélioration substantielle de la physiopathologie de la maladie. Cependant, elle s’appuyait presque exclusivement sur un modèle de souris transgénique exprimant Cas9 ou sur des traitements intramusculaires locaux et il est donc difficile d’extrapoler l’efficacité de cette stratégie à des modèles pertinents pour la maladie.

En revanche, l'atténuation du pouvoir pathogène de la maladie par une modulation ciblée de l'expression de gènes modificateurs de la maladie constituerait une alternative potentiellement plus sûre et bénéfique pour tous les individus atteints de MDC1A.

Une stratégie indirecte pour adresser toutes les dystrophies musculaires congénitales

Les maladies neuromusculaires ont fourni d’excellents exemples pour démontrer le rôle des modificateurs de la maladie. L'un des plus puissants modificateurs de la maladie MDC1A consiste en la laminine 1, qui est structurellement similaire à la laminine 2. Toutefois, la laminine 1 n'est pas exprimée dans les muscles squelettiques ni les cellules de Schwann.

Des études antérieures ont démontré que la surexpression de Lama1 transgénique permettait de guérir de la myopathie et de la neuropathie périphérique dans des modèles de souris.

Bien que ces études aient établi une fonction de compensation de la laminine 1 dans MDC1A, l’utilisation de ce modificateur en tant que généthérapie postnatale est entravée par la taille de l’ADNc de Lama1, qui dépasse la capacité d’encapsidation des vecteurs AAV. Les technologies CRISPR – Cas9 ont offert des possibilités de régulation de l'expression des gènes et de création d'altérations épigénétiques sans introduire de cassures double brin dans l'ADN, connues sous le nom de système d'activation de la transcription CRISPR.

La stratégie utilise la Cas9 déficiente en nucléase (dCas9), qui est incapable de couper l'ADN dû aux mutations dans les domaines de la nucléase et conserve la capacité de se lier spécifiquement à l'ADN lorsqu'elle est guidée par un sgRNA.

L'activation CRISPR utilise des versions modifiées de dCas9, une mutation de Cas9 sans activité endonucléase, avec ajout d'activateurs de transcription sur dCas9 ou les ARN guides (ARNg). À l'instar d'un système CRISPR-Cas9 standard, les systèmes d'activation dCas9 s'appuient sur des composants similaires, tels que les variants Cas9 pour la modulation ou la modification de gènes, les ARNg pour guider Cas9 vers les cibles visées et les vecteurs pour leur introduction dans les cellules. Cependant, alors qu'un système CRISPR-Cas9 standard repose sur la création de coupures dans l'ADN via l'activité endonucléase de Cas9, puis sur la manipulation des mécanismes de réparation de l'ADN pour l'édition de gènes, les systèmes d'activation de dCas9 sont modifiés et utilisent des activateurs de transcription pour augmenter l'expression des gènes d'intérêt.

En utilisant le Streptococcus pyogenes (Sp dCas9) décrit précédemment fusionné à plusieurs copies de l'activateur de transcription VP16, les chercheurs Canadiens et d'autres ont démontré l'utilisation du système CRISPR – dCas9 pour réguler positivement l'expression des gènes modificateurs in vitro.

Quand la charge est trop grande pour les vecteurs viraux

Un défi majeur pour les applications in vivo réside dans la grande taille de Sp dCas9 et ses dérivés, qui dépassent la capacité d'empaquetage du génome des AAV. Le fait de cibler Lama1 présente un défi particulier: le gène est trop gros pour être contenu dans les vecteurs viraux traditionnellement utilisés pour administrer une thérapie génique. Pour tenir compte de cette limitation, les chercheurs ont adapté le système de régulation de la transcription et utilisé une protéine Cas9 considérablement plus petite, dérivée de mStaphylococcus aureus (Sa 9), pour réguler positivement Lama1.

Quels résultats ont été obtenus?

En augmentant l'expression de Lama1, le traitement a non seulement prévenu la paralysie chez les souris pré-symptomatiques, mais également inversé la progression de la maladie chez des animaux ayant déjà présenté des symptômes. Le traitement a entraîné une réduction de la fibrose et une augmentation de la taille de la fibre musculaire, empêchant ainsi l'apparition de symptômes. Plus important encore, chez les souris déjà atteintes de paralysie, le traitement a également permis aux animaux de se lever et de bouger. Les chercheurs ont également observé une augmentation significative de la vitesse de conduction nerveuse, montrant une restauration de la gaine de myéline et une amélioration de la fonction neuromusculaire.

Application à la dystrophie musculaire de Duchenne

L’équipe de Cohn pense que sa stratégie consistant à utiliser le CRISPR fourni par AAV pour réguler à la hausse Lama1 pourrait également être appliquée à la dystrophie musculaire de Duchenne. Pour parvenir à une meilleure efficacité, le système pourrait être utilisé en association avec une autre technologie qui corrige la mutation. Son application en tant qu'approche thérapeutique combinatoire, impliquant une régulation à la hausse simultanée de gènes modificateurs de maladie protecteurs et une régulation négative de gènes nuisibles représenterait un nouveau paradigme pour réduire les phénotypes de maladie.

What is the split hand syndrome?

Many scientists subscribe to the “dying back” hypothesis, whereby degeneration begins at the neuromuscular junction when motor neurons retreat from the synapse. A few others, prefer the “dying forward” or upper motor neuron hypothesis. They believe ALS begins in the brain, before spreading to lower motor neurons. In medicine, the split hand syndrome is a neurological syndrome in which thumb hand muscles undergo mass loss, while the muscles on the side of the little finger are spared. This makes it difficult to grab small objects between thumb and forefinger. If there are no lesions affecting the branches of the ulnar nerve that are directed to the unused muscles, it is almost certain that the lesion is located in the anterior horn of the spinal cord at C8-T1.This area is often associated with ALS and is the place where higher motor neurons join lower motor neurons. This syndrome has been proposed as a relatively specific sign of amyotrophic lateral sclerosis, but it can also occur in other anterior horn disorders, such as spinal muscular atrophy, Charcot-Marie-Tooth disease, poliomyelitis and progressive muscle atrophy. The phenomenon is observed in more than half of ALS patients, and the underlying mechanism is not fully understood. To a certain extent, these characteristics can also be observed during normal aging. The term split-hand syndrome was coined for the first time in 1994 by a Cleveland Clinic researcher named Asa J. Wilbourn.

How does this syndrome relate to ALS?

Composite motor action potential (CMAP) is an electromyographic study (electrical study of muscle function). Several studies have shown a significant reduction in the amplitude of motor action potentials during low frequency repetitive nerve stimulation (RNS) of muscles involved in ALS.

The motor plate is a type of synapse that allows the transmission of a nerve message from a nerve fiber to a muscle fiber in the form of a chemical message by neurotransmitters that will bind to the specific receptors on the surface. muscle fibers. It is not known if the dysfunction of the motor plate is involved in the formation of the divided hand.

A study showing that neuromuscular junction degradation is linked to this syndrome

Dong Zhang, Yuying Zhao, Yan Chuanzhu, Lili Cao and Wei Li have studied the dysfunctions of the neuromuscular junction in different muscles of the hand in patients with ALS, to determine if these dysfunctions are related to the phenomenon of the divided hand. This clinical study at Shandong University's Qilu Hospital enrolled 51 ALS patients, 24 patients with myasthenia gravis had a decrease in RNS, and 20 patients with Lambert Eaton Myasthenia Gravis Syndrome (LEMS).

Who were the patients?

The mean age at onset of the 51 patients with ALS was 58 years old. This group included 23 women and 28 men. The evolution of their disease has varied from 5 to 24 months. Of these, 36 patients had upper limbs, 10 lower limbs and 5 patients had a bulbar form. Patients with myasthenia gravis included 9 men and 15 women, and the mean age was 44 years. The LEMS patients included 16 men and 4 women, and the average age was 59 years old.

What did this study find?

Among the fifty-one ALS patients, thirty-one patients had a split of the hand, 24 patients with the upper limb form and 6 patients with the lower limb form. There was no statistical difference in the frequency of hand splitting between the upper limb group and the lower limb group. There was no hand fracture in patients with bulbar-type ALS. This study showed that more than 60% of the hand muscles of ALS patients had a negative △ D similar to that of patients with myasthenia gravis, but significantly different from that of patients with LEMS, suggesting that Postsynaptic abnormalities could play a major role.

Conclusion

A dysfunction of neuromuscular transmission has been found in the hand muscles of patients with ALS, it is confirmed that the abductor pollicis brevis (short abductor muscle of the thumb) is involved in this syndrome. The dysfunction of the neuromuscular transmission of this muscle could be involved in the formation of the split hand phenomenon. While not a breakthrough, this study highlight a disease starting at the neuromuscular junction, not at the interface between upper neurons and lower neurons in the spine.

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Qu'est-ce que le syndrome de la main divisée?

De nombreux scientifiques souscrivent à l'hypothèse du «dépérissement périphérique», selon laquelle la dégénérescence lors de la SLA, commence à la jonction neuromusculaire lorsque les neurones moteurs se retirent de la synapse.D'autres préfèrent l'hypothèse du «dépérissement central». Ils croient que la SLA commence dans le cerveau avant de se propager aux neurones moteurs inférieurs.

En médecine, le syndrome de la main divisée(ou main de singe) est un syndrome neurologique au cours duquel les muscles de la main, du côté du pouce subissent une perte de masse, alors que les muscles du côté du petit doigt sont épargnés. Cela rend difficile de saisir des petits objets entre le pouce et l'index. S'i n'y a pas de lésions affectant les branches du nerf ulnaire qui se dirigent vers les muscles inutilisés, il est presque certain que la lésion se situe dans la corne antérieure de la moelle épinière au niveau de C8-T1. Cette région du système nerveux, est souvent associée à la SLA. Cette zone est souvent associée à la SLA et est le lieu où les neurones moteurs supérieurs rejoignent les neurones moteurs inférieurs.

Ce syndrome a été proposé comme signe relativement spécifique de la sclérose latérale amyotrophique, mais il peut également survenir dans d'autres affections de la corne antérieure, telles que l'atrophie musculaire spinale, la maladie de Charcot-Marie-Tooth, la poliomyélite et l'atrophie musculaire progressive. Le phénomène est observé chez plus de la moitié des patients SLA, et le mécanisme sous-jacent n'est pas complètement compris. Dans une certaine mesure, ces caractéristiques peuvent également être observées lors du vieillissement normal. Le terme syndrome de la main divisée a été inventé pour la première fois en 1994 par un chercheur de la Cleveland Clinic appelé Asa J. Wilbourn.

Quel lien entre ce syndrome et la SLA?

Le potentiel d’action motrice composée (CMAP) est une étude électromyographique (étude électrique de la fonction musculaire). Plusieurs études ont montré une réduction significative de l'amplitude des potentiels d'action motrice lors de la stimulation nerveuse répétitive à basse fréquence (RNS) des muscles impliqués dans la SLA.

La plaque motrice est un type de synapse qui permet la transmission d'un message nerveux d'une fibre nerveuse a une fibre musculaire sous forme d'un message chimique par des neurotransmetteur qui vont se fixer sur les recepteurs specifique qui se trouvant a la surface des fibres musculaire. On ignore si le dysfonctionnement de la plaque motrice est impliqué dans la formation de la main divisée.

Une étude démontrant que la dégradation de la plaque motrice est liée à ce syndrome

Dong Zhang, Yuying Zhao, Chuanzhu Yan, Lili Cao et Wei Li ont étudié les dysfonctionnements de la plaque motrice dans différents muscles de la main chez des patients atteints de SLA, pour déterminer si ces dysfonctionnements sont liés au phénomène de la main divisée. Cette étude clinique à l'hôpital Qilu de l'Université du Shandong a recruté 51 patients atteints de SLA, vingt-quatre patients atteints de myasthénie grave présentaient une diminution du RNS et vingt patients atteints du syndrome de myasthénie de Lambert Eaton (LEMS).

Qui étaient les patients?

L’âge moyen au début de la maladie des 51 patients atteints de SLA était de 58 ans. Ce groupe comprenait 23 femmes et 28 hommes. L’évolution de leur maladie a varié de 5 à 24 mois. Parmi eux, 36 patients étaient atteints des membres supérieurs, 10 des membres inférieurs et 5 patients avaient une forme bulbaire. Les patients atteints de myasthénie grave comprenaient 9 hommes et 15 femmes, et l'âge moyen était de 44 ans. Les patients LEMS comprenaient 16 hommes et 4 femmes, et l'âge moyen était de 59 ans.

Qu'est ce que cette étude a trouvé?

Parmi les cinquante et un patients SLA, trente et un patients avaient une scission de la main, soit 24 patients avec la forme SLA des membres supérieurs et 6 patients avec la forme SLA des membres inférieurs. Il n'y avait pas de différence statistique dans la fréquence de fractionnement des mains entre le groupe avec la forme SLA des membre supérieur et le groupe avec la forme SLA des membres inférieurs. Il n'y avait pas de fracture de la main chez les 5 patients présentant un SLA de type bulbaire. Cette étude a montré que plus de 60% des muscles de la main des patients atteints de SLA présentaient un △ D négatif similaire à celui des patients atteints de myasthénie grave, mais significativement différent de celui des patients atteints de LEMS, ce qui suggère que les anomalies postsynaptiques pourraient jouer un rôle majeur.

Conclusion

Un dysfonctionnement de la transmission neuromusculaire a été constaté dans les muscles de la main de patients atteints de SLA, il est confirmé que l'abducteur pollicis brevis (muscle court abducteur du pouce) est impliqué dans ce syndrome. Le dysfonctionnement de la transmission neuromusculaire de ce muscle pourrait être impliqué dans la formation du phénomène de la main divisée. Bien qu’il ne s’agisse pas d’une percée, cette étude met en évidence une maladie qui débute à la jonction neuromusculaire et non à l’interface entre les neurones supérieurs et les neurones inférieurs de la colonne vertébrale.

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La FDA a désigné APB-102, une thérapie génique pour la SLA SOD1, en tant que médicament orphelin

La SLA familiale, qui représente environ 10% de tous les cas de SLA, est héritée en tant que trait dominant. Environ 20% de ces cas résultent de mutations du gène codant pour la superoxyde dismutase 1 Cu / Zn cytosolique (SOD1). On estime que 12 à 23% des patients atteints de SLA familiale et 1 à 3% des patients atteints de SLA sporadique sont porteurs d'une mutation de ce gène; 185 mutations dans SOD1 ont été identifiées. Si la SLA est une maladie rare, chaque mutation de SOD1 est un cas extrêmement improbable, environ une sur 100 000 000!

Une maladie insaisissable

Plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer pourquoi les protéines SOD1 mutantes sont neurotoxiques, notamment l'observation que la SOD1 mutante acquiert une toxicité par le biais d'une instabilité conformationnelle, d'un repliement erroné et d'un certain degré d'agrégation. À son tour, cela active de multiples événements indésirables, notamment la réponse protéique non repliée, le stress du réticulum endoplasmique (RE), les dommages mitochondriaux, l’excitabilité cellulaire accrue, le transport axonal altéré et certains éléments de mort cellulaire apoptotique et nécrotique. Certaines données suggèrent que la protéine SOD1 mutée mal repliée peut se propager d'une cellule à l'autre, à la manière d'un prion. De plus, il est proposé que le SOD1 mutant puisse causer un mauvais repliement toxique du SOD1 sauvage.

Vers un traitement de la SLA

Les mécanismes pour rendre inopérant SOD1 ont été poursuivi par de nombreux groupes, qui ont utilisé différentes modalités: oligonucléotides antisens (ASO), interférences d'ARN (ARNi), ARNi délivrés par un vecteur viral et CRISPR-Cas9. D'un point de vue clinique, l'un des principaux inconvénients des oligonucléotides antisens et des petits ARN interférents est l'administration répétée de la thérapie, alors que la thérapie génique médiée par le rAAV (incluant le transfert de gènes et le silençage génique basé sur l'ARNi) repose sur un paradigme posologique unique.

Effets secondaires

Les améliorations technologiques permettent aux doses d'oligonucléotides antisens d'être administrées moins fréquemment que par le passé, par exemple chez nusinersen (Spinraza), un oligonucléotides antisens récemment approuvé qui est développé par Biogen et Ionis Pharmaceuticals comme traitement de l'atrophie musculaire spinale. Avec ce médicament, un patient typique recevrait trois doses intrathécales chaque année une fois les doses de charge terminées. Au contraire, AVXS-101, un traitement de thérapie génique développé par AveXis (groupe Novartis) en tant que traitement de la SMA de type 1, a un effet thérapeutique jusqu'à 24 mois après une injection intraveineuse unique d'un vecteur rAAV9. Cependant, AVXS-101 a des effets secondaires tels que des élévations asymptomatiques des enzymes hépatiques. Ces types d’effets indésirables ont été observés lors d’autres essais de thérapie génique.

Qu'a fait Apic Bio?

Une thérapie potentielle pour SOD1 consiste à supprimer l'expression du gène mutant, quelle que soit sa mutation. Cependant, SOD1 a un rôle à jouer et la suppression de son expression, même celle du mutant, créera des effets secondaires. Apic Bio a étudié l'inactivation de SOD1 au moyen d'un virus adéno-associé (AAV) codant pour un microARN artificiel (miARN) qui ciblait SOD1.

Au cours des dernières années, Apic Bio et d’autres ont étudié cette stratégie en profondeur selon diverses modalités. Apic Bio a déjà démontré la caractérisation préclinique de cette approche chez le macaque cynomolgus (Macaca fascicularis) en utilisant un sérotype AAV pour la délivrance qui s'est avéré sûr lors des essais cliniques. Ils ont optimisé l'administration d'AAV dans la moelle épinière par préimplantation d'un cathéter et mise en place du sujet avec la tête baissée à 30 ° pendant la perfusion intrathécale. Les résultats ont démontré une délivrance efficace et une inhibition efficace du gène SOD1 dans les motoneurones. Ces résultats confirment l’idée que la thérapie génique avec un miARN artificiel ciblant SOD1 est sans danger et mérite d’être encore développée pour le traitement de la SLA liée à la SOD1 mutante.

Ils ont sélectionné un vecteur viral adéno-associé recombinant, le sérotype rh.10 (rAAVrh.10), en raison de son excellente transduction du système nerveux central (SNC) et de son profil de sécurité chez les primates non humains. La présence de GFP dans leurs vecteurs a provoqué une toxicité hépatique légère, telle que décrite précédemment, et une réponse immunitaire cellulaire chez deux des huit animaux. Le fait que la réponse immunitaire ne soit pas détectée chez tous les animaux injectés peut s'expliquer par le point de sacrifice précoce (22 jours).

Désignation de médicament orphelin

La Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis a attribué à APB-102 la désignation de médicament orphelin. Le programme de médicaments orphelins de la FDA des États-Unis attribue la désignation orpheline à de nouveaux médicaments destinés au traitement de maladies rares (affectant moins de 200 000 personnes aux États-Unis). La désignation offre aux promoteurs des incitations commerciales et de développement, notamment sept années d’exclusivité commerciale aux États-Unis, des consultations de la FDA sur la conception d’études cliniques, le potentiel de développement accéléré de médicaments et certaines exemptions et réductions de frais.

Quelle est la suite?

Avoir une désignation de médicament orphelin dans la SLA ne signifie pas une autorisation de mise sur le marché, plusieurs dizaines de médicaments l’ont obtenu pour la SLA de part le passé. Jusqu'à présent cela a toujours été retiré quelques années plus tard par la FDA, alors qu'il était évident que ces médicaments n'étaient pas du tout efficaces. L'important est maintenant d'attendre les essais cliniques. Pour faire ceux-ci, Apic Bio a besoin de beaucoup de fonds, ils solliciteront probablement des investisseurs. Et dans cette perspective, une désignation de médicament orphelin les aidera beaucoup.

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Ce livre retrace les principales étapes de la recherche sur la SLA au cours des 30 dernières années, présente les médicaments en cours d'essai clinique, ainsi que les futurs traitements susceptibles de bloquer la maladie dans un premier temps et de contribuer à sa guérison dans un deuxième temps.

FDA has granted orphan drug designation to APB-102, a gene therapy for SOD1 ALS

Familial ALS, which represents about 10% of all ALS cases, is inherited as a dominant trait. About 20% of these cases arise from mutations in the gene encoding cytosolic Cu/Zn superoxide dismutase 1 (SOD1 ). An estimated 12 to 23% of patients with familial ALS and 1 to 3% of patients with sporadic ALS carry a mutation in this gene; 185 mutations in SOD1 have been identified. So if ALS is a rare disease, each mutation of SOD1 is an extremely improbable case, roughly one out of 100,000,000!

An elusive disease

Multiple mechanisms have been proposed to explain why mutant SOD1 proteins are neurotoxic, including the observation that mutant SOD1 acquires toxicity via conformational instability, misfolding, and some degree of aggregation. In turn, this activates multiple adverse events that include the unfolded protein response, endoplasmic reticulum (ER) stress, mitochondrial damage, heightened cellular excitability, impaired axonal transport, and some elements of apoptotic and necrotic cell death. Some data suggest that misfolded mutant SOD1 protein can spread from cell to cell in a prion-like fashion. Additionally, it is proposed that mutant SOD1 can cause toxic misfolding of wild-type SOD1.

Toward a therapy for ALS

The therapeutic silencing of SOD1 has been pursued by many groups, using various modalities: antisense oligonucleotides (ASOs), RNA interference (RNAi), viral vector-delivered RNAi, and CRISPR-Cas9. From a clinical perspective, one of the major disadvantages of ASOs and small interfering RNAs is the repeated dosing of the patients, whereas rAAV-mediated gene therapy (including gene transfer and RNAi-based gene silencing) relies on a one-time dosing paradigm.

side effects

Technological improvements allow the ASO doses to be less frequent than in the past, for example, by nusinersen (Spinraza), a recently approved ASO developed as a treatment for spinal muscular atrophy (SMA) by Biogen and Ionis Pharmaceuticals. With this drug, a typical patient would receive three intrathecal doses yearly upon completion of the loading doses In contrast, as an example, AVXS-101, a gene therapy treatment developed by AveXis as a treatment for SMA type 1, has a therapeutic effect for up to 24 months after a single intravenous injection of a rAAV9 vector. However AVXS-101 has side effects like asymptomatic liver enzyme elevations. These types of adverse events have been observed with other gene therapy trials.

What did Apic Bio?

A potential therapy for SOD1 is to suppress the expression of the mutant gene, whatever its mutation. Indeed SOD1 has a role and suppressing its expression, even the mutant one, will create side effects. Apic Bio investigated silencing of SOD1, using an adeno-associated virus (AAV) encoding an artificial microRNA (miRNA) that targeted SOD1 .

In recent years, Apic Bio and others have investigated this strategy in depth using various modalities. Apic Bio have previously demonstrated the preclinical characterization of this approach in cynomolgus macaques (Macaca fascicularis ) using an AAV serotype for delivery that has been shown to be safe in clinical trials. They optimized AAV delivery to the spinal cord by preimplantation of a catheter and placement of the subject with head down at 30° during intrathecal infusion. Results demonstrated efficient delivery and effective silencing of the SOD1 gene in motor neurons. These results support the notion that gene therapy with an artificial miRNA targeting SOD1 is safe and merits further development for the treatment of mutant SOD1 -linked ALS. They selected a recombinant adeno-associated viral vector serotype rh.10 (rAAVrh.10) because of its excellent central nervous system (CNS) transduction and safety profile in nonhuman primates. The presence of GFP in their vectors caused mild liver toxicity, as previously described, and a cellular immune response in two of eight animals. The fact that the immune response is not detected in all the injected animals can be explained by the early sacrifice point (22 days).

Orphan drug designation

The U.S. Food and Drug Administration (FDA) has granted orphan drug designation to APB-102, a gene therapy soon to be in clinical development for the treatment of genetic SOD1 amyotrophic lateral sclerosis (ALS). The U.S. FDA Orphan Drug program provides orphan designation to novel drugs that are intended for the treatment of rare diseases (those affecting fewer than 200,000 people in the United States). The designation provides sponsors with development and commercial incentives including seven years of market exclusivity in the US, consultation by FDA on clinical study design, potential for expedited drug development, and certain fee exemptions and reductions.

What is next?

Having an orphan drug designation in ALS is not a so big deal, several dozens drugs got it for ALS and it was withdrawn a few years later by FDA, when it was obvious they were not efficient at all. The important thing is now to wait for clinical trials. For that Apic Bio needs money, so probably they will solicit investors. And in this perspective, having an orphan drug designation will help them a lot.

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This book retraces the main achievements of ALS research over the last 30 years, presents the drugs under clinical trial, as well as ongoing research on future treatments likely to be able stop the disease in a few years and to provide a complete cure in a decade or two.