Ataxia-telangiectasia: Behandlung mitochondrialer Dysfunktion mit Nicotinamid-Ribosid (ATNAD)

Ataxia Teleangiectasia (A-T) ist eine seltene, genetische, fortschreitende, lebensbegrenzende, neurodegenerative Erkrankung, die eine Vielzahl von Körpersystemen betrifft und zu Ataxie, Immunschwäche, Atemwegskomplikationen und einer Prädisposition für Krebs führt. Derzeit gibt es keine Heilung für A-T.

Im Laufe der Jahre hatten zahlreiche kleine klinische Studien mit Steroiden, Antioxidantien und entzündungshemmenden Mitteln wenig Erfolg. Der natürliche Krankheitsverlauf ist unerbittlich und führt zum frühen Tod. A-T verursacht eine erhebliche Krankheitslast für den Einzelnen, seine Großfamilien und die Ressourcen des Gesundheitswesens. Da Palliativpflege derzeit die einzige Option für Familien ist, deckt ein Behandlungsversuch für A-T einen ungedeckten Bedarf. Unsere Gruppe hat zuvor überzeugende Beweise für eine reversible mitochondriale Dysfunktion und einen vermeidbaren Zelltod in Zellen von A-T-Patienten sowie für die vorteilhaften Wirkungen von Heptanoat (C7), dem Hauptmetaboliten von Triheptanoin, erbracht. C7 korrigiert einen Defekt in der Signalübertragung zwischen endoplasmatischem Retikulum (ER) und Mitochondrien in A-T-Zellen und hat großes Potenzial für die Anwendung bei der Behandlung von Patienten. C7 wurde in den letzten 15 Jahren mit Wirksamkeit und Sicherheit bei angeborenen Stoffwechselstörungen (IEM) wie langkettigen Fettsäuredefekten (LC-FAOD) eingesetzt.

A-T ist auf einen genetischen Defekt zurückzuführen, der zu einer defekten Serin/Threonin-Proteinkinase, bekannt als ATM, führt. Normalerweise spielt ATM eine zentrale Rolle beim Schutz des Genoms vor Schäden. Es wird immer deutlicher, dass ATM Zellen vor oxidativem Stress schützt. Dieses Protein ist auch außerhalb des Zellkerns vorhanden, wo es durch oxidativen Stress durch einen vom DNA-Schaden getrennten Mechanismus aktiviert wird, was eine Erklärung dafür liefert, warum Antioxidantien in Kulturen und Tiermodellen eine schützende Rolle in A-T-Zellen spielen. Aus diesen und anderen Studien geht hervor, dass mitochondriale Anomalien für ATM charakteristisch sind, und es wurde vorgeschlagen, dass A-T zumindest teilweise als mitochondriale Erkrankung betrachtet werden sollte.

Wir haben dieser Behauptung Substanz verliehen, indem wir gezeigt haben, dass ATM-defiziente (B3) Zellen im Vergleich zu Kontrollzellen (HBEC) äußerst empfindlich auf die Hemmung der Glykolyse durch Glukosemangel reagieren. Wir haben diese erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Nährstoffmangel auch für primäre Epithelzellen von Patienten und in immortalisierten Patientenzellen gezeigt. Wir haben gezeigt, dass dies auf eine fehlerhafte Anordnung des VDAC1-GRP75-IP3R1-Kalziumkanals und weniger ER-Mitochondrien-Kontaktpunkte zurückzuführen ist, wie durch Transmissionselektronenmikroskopie ermittelt wurde. Dies wiederum führte zu einer verringerten Kalziumfreisetzung aus dem ER und einer geringeren Übertragung auf die Mitochondrien, was einen weiteren Beweis für eine mitochondriale Dysfunktion in A-T-Zellen darstellt. Wir haben kürzlich eine klinische Studie der Phase 2A/B abgeschlossen, in der die Wirksamkeit und Verträglichkeit von C7 bei AT-Patienten untersucht wurde (https://classic.clinicaltrials.gov/NCT04513002).

Nicotinamidadenindinukleotid (NAD+) ist ein essentieller Cofaktor für viele zelluläre Enzyme, einschließlich derjenigen, die an der Biogenese und Aufrechterhaltung der Mitochondrien beteiligt sind. Nicotinamidadenindinukleotid liegt in zwei Formen vor, darunter einer oxidierten (NAD+) und einer reduzierten (NADH) Form, und spielt eine Schlüsselrolle im Zwischenstoffwechsel als obligatorischer Partner in zahlreichen Oxidations-/Reduktionsreaktionen. Der zelluläre Pool von NAD+ und NADH wird durch ein sorgfältiges Gleichgewicht zwischen seiner Biosynthese und seinem Abbau durch NAD+-verbrauchende Enzyme streng reguliert. NAD+-Mangel spielt eine Rolle bei den Krankheitsmechanismen, die DNA-Reparaturstörungen zugrunde liegen. Mitochondriale Schäden und NAD+-Depletion sind Schlüsselmerkmale bei Ataxia telangiectasia.

ATM-defiziente Mäuse weisen einen neuronalen NAD+-Mangel auf, insbesondere im Kleinhirn.

Fang et al. haben gezeigt, dass eine mitochondriale Dysfunktion bei ATM-Mangel mit der NAD+/SIRT1-Hemmung zusammenhängt. Die Wiederauffüllung von NAD+ verlängert die Lebensdauer erheblich und verbessert die Gesundheitsspanne sowohl bei ATM-Würmern als auch bei Mäusen durch Mitophagie und DNA-Reparatur. Behandlungen, die das intrazelluläre NAD+ wieder auffüllen, reduzieren den Schweregrad der A-T-Neuropathologie, normalisieren die neuromuskuläre Funktion, verzögern den Gedächtnisverlust und verlängern die Lebensdauer in beiden Tiermodellen. Mechanistisch gesehen stimulieren Behandlungen, die das intrazelluläre NAD+ erhöhen, auch die neuronale DNA-Reparatur und verbessern die mitochondriale Qualität durch Mitophagie.

Immunschwäche kommt bei AT häufig vor, wobei die meisten Patienten humorale und zelluläre Immundefekte haben, einschließlich Immunglobulin-A-Mangel, Immunglobulin-G2- und Immunglobulin-G-Mangel sowie Lymphopenie mit geringer Anzahl an gesamten und naiven CD4-T-Zellen. Etwa 10 % der Patienten mit klassischer Ataxie-Teleangiektasie weisen eine Hypogammaglobulinämie mit normalen oder erhöhten Immunglobulin-M-Spiegeln auf und haben einen schweren Krankheitsverlauf. Die Erkennung fremder oder verlegter Nukleinsäuren ist eine der Hauptmethoden, mit denen das Immunsystem pathogene Einheiten erkennt. Wenn zytosolische DNA erfasst wird, wird ein Signal über den cGAS-STING-Weg weitergeleitet.

ATM-defiziente Zellen weisen erhöhte Werte an INF-induzierten Proteinen auf, ein Merkmal, das auch in Seren von AT-Patienten beobachtet wurde. Ein doppelter Knockout der ATM- und STING-Gene bei Mäusen schwächte die autoinflammatorischen Phänotypen ab, die noch weiter verringert wurden, als bei diesen Mäusen auch das cGAS-Gen gelöscht wurde. Die Hemmung des cGAS-STING-Signalwegs verbessert den Phänotyp der vorzeitigen Seneszenz in AT-Gehirnorganoiden. Ähnliche entzündliche Manifestationen werden bei Patienten mit STING-assoziierter Vaskulopathie im Säuglingsalter beobachtet, bei der es sich um eine autosomal-dominante Typ-1-Interferonopathie handelt.

Zwei Gruppen haben die Nahrungsergänzung mit Nicotinamid-Ribosid (NR) bei kleinen Gruppen von AT-Patienten im Rahmen einarmiger, offener klinischer Proof-of-Concept-Studien untersucht. Beide haben Verbesserungen in validierten Ataxieskalen gezeigt. Es wurden Verbesserungen der Immunglobulin-G (IgG)-Spiegel beobachtet, bei NFlc wurden keine Veränderungen festgestellt. Verbesserungen gingen in der Auswaschphase verloren. NR wurde gut vertragen, es wurden keine unerwünschten Ereignisse gemeldet.

Dies ist eine einarmige offene klinische Studie zur Ataxie-Teleangiektasie, um die Auswirkungen von Nicotinamid-Ribosid auf Ataxie-Skalen, Immunfunktion und Neurofilament-Leichtkette zu testen.

Die Dosierung erfolgt über eine orale Kapselergänzung mit 25 mg/kg/Tag, aufgeteilt in 3 Dosen (maximal 300 mg 3-mal täglich). Die Dosierung erfolgt in 3 gleichen Dosen dreimal täglich.

Primärer Wirksamkeitsendpunkt: Verbesserung um mindestens ½ Standardabweichung in wichtigen klinischen Skalen, einschließlich: a) signifikante Verbesserung der kombinierten Gesamtpunktzahl der SARA- und ICARS-Skalen und/oder b) signifikante Verbesserungen aller Aspekte der SARA- und ICARS-Skalen einzeln, insbesondere in Bezug auf; Haltungs- und Gangverbesserungen, verbesserte Silbengeschwindigkeit und Artikulation, verbesserte Feinmotorik.

Zu den sekundären Endpunkten gehören: Serumanalyse der leichten Kette von Neurofilamenten (Nfl). Epigenetische Signatur von Typ-1-Interferon (INFs), insbesondere der cGAS-STING-Signalweg.

Sicherheitsendpunkte: Behandlungsbedingte unerwünschte Ereignisse, routinemäßige hämatologische und biochemische Analysen, Fragebogen zu Nebenwirkungen bei pädiatrischer Epilepsie (PESQ), regelmäßige klinische Bewertungen.