Ataxie-telangiëctasie: behandeling van mitochondriale disfunctie met nicotinamide-riboside (ATNAD)

Ataxie Telangiectasia (A-T) is een zeldzame, genetische, progressieve, levensbeperkende, neurodegeneratieve aandoening die een verscheidenheid aan lichaamssystemen aantast, resulterend in ataxie, immuundeficiëntie, ademhalingscomplicaties en een predispositie voor kanker. Momenteel is er geen remedie voor A-T.

Door de jaren heen hebben een aantal kleine klinische onderzoeken met steroïden, antioxidanten en ontstekingsremmende middelen weinig succes gehad. De natuurlijke historie van de ziekte is meedogenloos en leidt tot vroegtijdige sterfte. A-T genereert een aanzienlijke ziektelast voor de individuen, hun uitgebreide families en voor de gezondheidszorg. Omdat palliatieve zorg de enige huidige optie voor gezinnen is, voorziet een behandelingsproef voor A-T in een onvervulde behoefte. Onze groep demonstreerde eerder overtuigend bewijs van omkeerbare mitochondriale dysfunctie en vermijdbare celdood in cellen van AT-patiënten en de gunstige effecten van heptanoaat (C7), de primaire metaboliet van triheptanoïne. C7 corrigeert een defect in de endoplasmatisch reticulum (ER)-mitochondriale signalering in AT-cellen en heeft een groot potentieel voor toepassing bij de behandeling van patiënten. C7 is de afgelopen 15 jaar werkzaam en veilig gebruikt voor aangeboren stofwisselingsstoornissen (IEM), zoals vetzuurdefecten met lange ketens (LC-FAOD).

A-T is het gevolg van een genetisch defect dat resulteert in een defect serine/threonine-eiwitkinase, bekend als ATM. Normaal gesproken speelt ATM een centrale rol bij het beschermen van het genoom tegen schade. Het wordt steeds duidelijker dat ATM cellen beschermt tegen oxidatieve stress. Dit eiwit is ook aanwezig buiten de kern, waar het wordt geactiveerd door oxidatieve stress via een afzonderlijk mechanisme van DNA-schade, wat een verklaring oplevert waarom antioxidanten een beschermende rol spelen in AT-cellen in kweek en in diermodellen. Uit deze en andere onderzoeken is het duidelijk dat mitochondriale afwijkingen ATM karakteriseren en er is gesuggereerd dat AT, althans gedeeltelijk, als een mitochondriale ziekte moet worden beschouwd.

We hebben deze bewering onderbouwd door aan te tonen dat ATM-deficiënte (B3) cellen buitengewoon gevoelig zijn voor remming van de glycolyse door glucosedeprivatie, vergeleken met controles (HBEC). We hebben ook deze verhoogde gevoeligheid voor tekort aan voedingsstoffen aangetoond voor primaire epitheelcellen van patiënten en in onsterfelijk gemaakte patiëntencellen. We hebben aangetoond dat dit werd veroorzaakt door een defecte assemblage van het VDAC1-GRP75-IP3R1 calciumkanaal en minder ER-mitochondria-contactpunten, zoals bepaald door transmissie-elektronenmicroscopie. Dit resulteerde op zijn beurt in een verminderde calciumafgifte uit het ER en minder overdracht naar de mitochondriën, wat verder bewijs leverde voor mitochondriale disfunctie in AT-cellen. We hebben onlangs een klinische fase 2A/B-studie afgerond waarin de werkzaamheid en verdraagbaarheid van C7 bij AT-patiënten wordt onderzocht (https://classic.clinicaltrials.gov/NCT04513002).

Nicotinamide-adenine-dinucleotide (NAD+) is een essentiële cofactor voor veel cellulaire enzymen, waaronder de enzymen die betrokken zijn bij de biogenese en het onderhoud van de mitochondriën. Nicotinamide-adenine-dinucleotide bestaat in twee vormen, waaronder een geoxideerde (NAD+) en een gereduceerde (NADH) vorm, en speelt een sleutelrol in het intermediaire metabolisme, als verplichte partner in talrijke oxidatie-/reductiereacties. De cellulaire pool van NAD+ en NADH wordt strak gereguleerd door een zorgvuldig evenwicht tussen de biosynthese en de afbraak ervan door NAD+-consumerende enzymen. NAD+-deficiëntie speelt een rol in ziektemechanismen die ten grondslag liggen aan DNA-herstelstoornissen. Mitochondriale schade en NAD+-uitputting zijn sleutelkenmerken bij ataxie telangiectasia.

ATM-deficiënte muizen hebben neuronale NAD+-deficiëntie, vooral in het cerebellum.

Fang et al. hebben aangetoond dat mitochondriale dysfunctie bij ATM-deficiëntie verband houdt met NAD+/SIRT1-remming. NAD+-aanvulling verlengt de levensduur aanzienlijk en verbetert de gezondheid van zowel ATM-wormen als muizen door middel van mitofagie en DNA-reparatie. Behandelingen die intracellulaire NAD+ aanvullen, verminderen de ernst van A-T-neuropathie, normaliseren de neuromusculaire functie, vertragen geheugenverlies en verlengen de levensduur in beide diermodellen. Mechanistisch gezien stimuleren behandelingen die de intracellulaire NAD+ verhogen ook neuronaal DNA-herstel en verbeteren ze de mitochondriale kwaliteit via mitofagie.

Immuundeficiëntie komt vaak voor bij AT, waarbij de meeste patiënten humorale en cellulaire immuundefecten hebben, waaronder immunoglobuline-A-deficiëntie, immunoglobuline-G2- en immunoglobuline-G-deficiëntie, en lymfopenie met lage aantallen totale en naïeve CD4 T-cellen. Ongeveer 10% van de patiënten met klassieke ataxie-telangiectasie vertoont hypogammaglobulinemie met normale of verhoogde immunoglobuline-M-waarden en volgt een ernstig ziekteverloop. Herkenning van vreemde of verkeerd geplaatste nucleïnezuren is een van de belangrijkste manieren waarop het immuunsysteem pathogene entiteiten detecteert. Wanneer cytosolisch DNA wordt gedetecteerd, wordt een signaal doorgegeven via de cGAS-STING-route.

Cellen met ATM-deficiëntie vertonen verhoogde niveaus van door INF geïnduceerde eiwitten, een kenmerk dat ook wordt gerapporteerd in sera van A-T-patiënten. Een dubbele knock-out van ATM- en STING-genen bij muizen verzwakte auto-inflammatoire fenotypes, die verder afnamen wanneer het cGAS-gen ook bij deze muizen werd verwijderd. Remming van de cGAS-STING-route verbetert het voortijdige senescentiefenotype in AT-hersenorganoïden. Soortgelijke inflammatoire manifestaties worden waargenomen bij patiënten met STING-geassocieerde vasculopathie op jonge leeftijd, wat een autosomaal dominante type 1-interferonopathie is.

Twee groepen hebben de suppletie met nicotinamide-riboside (NR) onderzocht in kleine groepen AT-patiënten via een enkele arm, open-label toegang, proof-of-concept klinische onderzoeken. Beide hebben verbeteringen aangetoond in gevalideerde ataxieschalen. Er werden verbeteringen in de immunoglobuline-G (IgG)-niveaus waargenomen, er werden geen veranderingen opgemerkt in NFlc. Verbeteringen gingen verloren tijdens de uitwasperiode. NR werd goed verdragen en er werden geen bijwerkingen gerapporteerd.

Dit is een open-label klinisch onderzoek met één arm bij ataxie-telangiëctasie om de effecten van nicotinamide-riboside op ataxie-schubben, de immuunfunctie en de lichte keten van neurofilamenten te testen.

De dosis zal plaatsvinden via orale capsulesupplementatie van 25 mg/kg/dag, verdeeld over 3 doses (max. 300 mg 3 maal per dag). De dosering zal plaatsvinden via 3 gelijke doses, 3 keer per dag.

Primair werkzaamheidseindpunt: Verbetering van ten minste ½ standaarddeviatie op belangrijke klinische schalen, waaronder: a) significante verbetering in de totale gecombineerde scores van de SARA- en ICARS-schalen, en/of b) significante verbeteringen van alle aspecten van de SARA- en ICARS-schalen afzonderlijk, vooral met betrekking tot; Verbeteringen in houding en looppatroon, Verbeterde lettergreepsnelheid en articulatie, Verbeterde fijne motoriek.

Secundaire eindpunten zijn onder meer: ​​Serumanalyse van de lichte keten van neurofilamenten (Nfl). Type 1 Interferon (INF's) epigenetische signatuur, specifiek de cGAS-STING-route.

Veiligheidseindpunten: behandelingsgerelateerde bijwerkingen, routinematige hematologie- en biochemische analyses, vragenlijst over bijwerkingen bij epilepsie bij kinderen (PESQ), regelmatige klinische beoordelingen.