Huntington Hastalığında Güncel Tedavi Stratejileri
Tuğçe Gül Yeşilyayla - Moleküler Biyoloji ve Genetik, Fen-Edebiyat Fakültesi, Uludağ üniversitesi
Huntington Hastalığı (HH), diğer nadir hastalıkların çoğu gibi kesin bir tedaviye sahip olamayıp uygulanan tedavi kombinasyonları tamamen semptomları azaltmaya yöneliktir. Klinik uygulamalarda kore gibi motor bozuklukların ve depresyon, anksiyete gibi bilişsel bozulmaların azaltılması hedeflenmektedir. Mevcut tedaviler davranış ve konuşma terapisi, beslenme desteği ve ilaçlardan ibarettir.
Güncel tedavi stratejilerine geçmeden önce gelin Huntington Hastalığı nedir, nasıldır sorusuna cevap verelim.
Huntington Hastalığı Nedir?
(HH); otozomal dominant olarak kalıtılan, 4.kromozomun kısa(p) kolunda lokalize HTT geninin ekzon1 bölgesindeki sitozin-adenin-guanin (CAG) dizilerinin tekrar sayısının artışıyla ortaya çıkan ilerleyici nörodejeneratif bir hastalıktır [1]. Poliglutaminin neden olduğu bu hastalık ilk olarak 1872 yılında Amerikalı fizikçi George Huntington tarafından dans etmek anlamına gelen ‘kore’ terimiyle adlandırıldı ve yaptığı önemli açıklamalar ve hastalık tanımından dolayı kendi soy ismi olan “Huntington” ismi kullanılmaya başlanmıştır [2]. Bu CAG tekrarlarının 36’dan az olduğu durumlarda (genelde 15-25 tekrardan oluşmakta) normal huntingtin proteini (HTT) üretilirken >36 tekrardan fazla olduğu durumlarda normal-dışı, genişlemiş PoliQ (poli-glutamin) kuyruğu mutant huntingtin (mhtt) proteinine ve beraberinde onlarca ağır semptomlara sebep olmaktadır [3].
CAG tekrarlarının uzunluğu ve hastalığın başlangıcı arasındaki bağıntı incelendiğinde antagonist bir ilişki olduğu sonucuna varılmakta, HH başlangıç yaşı 30-50 arasında değişmektedir. Ayrıca tekrarların uzunluğunun artması hastalık semptomlarını da bir o kadar ağırlaştırmaktadır [4]. Hastaların nadir bir kısmında, CAG tekrar sayısı 60 ve üzeri olduğunda hastalık başlangıç yaşı 20 yaşından aşağıya düşmekte ve bireylerde ağır semptom tablosuyla karşılaşılabilmektedir. Bu HH tipine Juvenil HH (Juvenile HH) denilmektedir [5].
Şekil 1: Huntington genindeki CAG tekrar dizileri ve oluşabilecek fenotipler arasındaki korelasyon gösterilmektedir.
HH semptomları
HH semptomları bireyden bireye değişiklik göstermekte fakat genel olarak tüm HH’da motor, bilişsel ve psikiyatrik semptom tiradı bulunmaktadır. Motor korteks ve striatumdaki nöronların dejenerasyonundan kaynaklı olarak hastalarda istemli-kas hareketlerinde kontrol bozukluğu (Bradikinezi), rijidite, yavaş sarkadik göz hareketleri ve genel motor hareketlerinde yavaşlamalar ve yeni motor beceriler kazanmada gecikmeler belirgindir. Bilişsel fonksiyonlarda bozulmalar, dikkat eksikliği ve mental esneklikte azalmalar bir başka HH semptomudur. Hastalar son derece dramatize bir şekilde depresyon, anksiyete, apati, sinirlilik, intihara meyilli olma ve ruh halinde dalgalanmalar da yaşayabilmektedir [6,7,8].
Tablo1: HH’na Sahip Bireylerde Davranışsal Zorluklar ve Bilişsel Semptomlar [7].
Güncel Klinik İlaçlar
Şu an için motor bozulmaların azaltılması için FDA-onaylı iki ilaç bulunmaktadır. Biri Tetrabenazine (TBZ) diğer ise Deutetrabenazine’dir (DTBZ-SD-809). TBZ bir veziküler monoamin 2 transport (VMAT2) inhibitörüdür ve sinaptik veziküllerin monoamin alımını azaltmaktadır. TBZ; kore semptomunun tedavisinde ilk seçenek olarak karşımıza çıkmakta ve FDA (Food and Drug Administration) tarafından 2008 yılında onaylanmıştır. DTBZ ise TBZ’nin döteryum içeren formudur. Faz III çalışmalarındaki 90 hastada plasebolarla kıyaslandığında motor gelişmeler, VMAT2 inhibisyonu ve dopamin azalmaları raporlanmıştır. TBZ yan etki olarak depresyonu tetiklemekte veya diğer psikolojik bozuklukları kötüleştirmektedir. Bu sebepten dolayı TBZ’den DTBZ’ye geçiş kontrollü bir şekilde uygulanabilirdir [9]. Anti-psikotik ilaçlar olarak ve davranış bozukluklarının azaltılması amacıyla Haloperidol, Olanzapine, Quetiapine, Sulperide ve Risperidone gibi ilaçlar kullanılmaktadır. Tüm bu nöroleptik ilaçlar tedavi sırasında hastanın izlenmesi, kan glukozu ve kolesterolün takibiyle kullanılmaktadır ve çok çeşitli yan etkileri bulunmaktadır [10,11].
Güncel Klinik Çalışmalar
Yukarıda da bahsedildiği gibi HH için tedavi seçenekleri sadece hastanın hayat kalitesini arttırmaya yöneliktir. Ancak her birinin hastayı kötü etkileyen bir veya birden fazla yan etkisi de bulunmaktadır. Günümüzde HH için hala uygun tedavi arayışları sürmekte ve ClinicalTrials.gov’da tanımlı 200’ü aşkın çalışma bulunmaktadır. Çalışmalar girişimsel, gözlemsel ve davranışsal olarak 3 kategoride toplanıp erken aşamada faz I, faz I, faz II, faz III ve faz IV aşamalarında yer almaktadır. Çalışmaların 13’ü aktif olarak devam ederken 117 tanesi için çalışmalar tamamlanmıştır. Farklı fazlarda yapılan çalışmalar genel olarak mitokondriyal fonksiyon ve biyogenezinini düzenlemeyi, genetik modülasyonu, mHTT birikiminin engellenmesi, BDNF seviyelerinin ayarlanması, sinaptik modülasyonu, dopamin ve glutamat yönetimi, antikor terapisi, kök hücre tedavisi, diyet desteği, beyin uyarımı ve cerrahi müdahaleler gibi çeşitli girişimleri kapsamaktadır.
Çalışmaların en gözdelerinden biri Pridopidine molekülüdür. Pridopidine, Sigma 1 reseptörüne (S1R) bağlanabilen bir dopamin modülatörüdür. Ayrıca pridipopidine Beyin-Bağımlı Nörotrofik Faktör (brain-derived neurotrophic growth factor (BDNF)) salınımını arttırmaktadır. S1R endoplazmik retikulum-mitokondri ara yüzeyinde lokalize bir şaperon proteinidir ve 𝐶𝑎+2 ve iyon geçirgenliği, ER stres cevabı ve mitokondri fonksiyonunda çeşitli rollere sahiptir [12]. MermaiHD (NCT00665223) olarak isimlendirilen bir faz-3 çalışmasında 30 yaş ve üzeri 437 bireyde günlük olarak 45-90 mg pridopidine uygulanmış ve plasebolarla kıyaslandığında pridopidinin güvenli ve tolere edilebilir bir molekül olduğu görülmüştür [13]. OPEN-HART (NCT01306929) olarak isimlendirilen çift kör-plasebo-kontrollü bir başka faz-2 çalışmasında tüm yaştan 134 bireyde günde iki kez 45mg pridopidine 36 aydan fazla uygulanmış, çalışmalar 24 Mart 2011-09 Şubat 2022 tarihine kadar sürmüştür. Bu çalışmalarda ilk yılda sinirlilik, anksiyete, depresyon ve insomnia gibi semptomlarda azalmalar görülmüş ve pridopidinin güvenli ve tolere edilebilir bir ilaç olduğu bir kez daha kanıtlanmıştır [14,15]. Lakin MermaiHD, OPEN-HART, OPEN-PrideHD (NCT02494778), HART (NCT00724048), PL101- HD301 (NCT04556656), TV7820 (NCT02006472) olarak isimlendirilen bu faz çalışmalarının hiçbirinde hedeflenen sonuca ulaşılamamış, plasebolardan farklı olarak ayırt edici bir etkisi net olarak gösterilememiştir [10].
Yukarıda bahsedilen terapi yaklaşımları davranışsal desteği, ilaç tedavisini ve beslenme takviyesini kapsamaktadır. DNA ve RNA bazlı bazı tedavi yaklaşımlarında ise HTT ekspresyonunun azaltılması ve böylece HTT birikiminin engellenmesiyle HH’nın tedavisine farklı bir bakış açısı getirilmesi amaçlanmıştır. Bu yaklaşımlar RNA interferans (RNAi), anti-sense oligonükleotitler (ASO’lar) veya küçük moleküller, çinko parmak proteinleri (Zinc finger proteins (ZFN)) ve CRISPR-cas9 (clustered regularly interspaced short palindromic repeats associated caspase 9) sistemini kapsamaktadır.
Çinko-Parmak Motif Proteinleri ve Huntington
ZFN, ökaryotik transkripsiyon faktörleri içerisinde en çok bilinen DNA-bağlanma motiflerinden bir tanesidir. Bu proteinin yapısında yapısal destek sağlayan çinko iyonuna benzer bir parmak motifi bulunmakta, DNA dizisinde 3-5 baz çiftlik bir eşleşmeye izin vermektedir. Bu sayede nükleaz aktivitesi olmadan DNA’ya basitçe bağlanarak repressör protein gibi çalışıp gen ifade seviyelerini azaltabilmektedir [16]. Transgenik HH’na sahip fare modellerinde ZFN’lerin direkt olarak hem DNA dizisine hem de CAG tekrar dizilerine bağlanarak striatumda mHTT seviyelerini azaltabilmektedir. Mutant genin kromozomal ifadesini (%95 oranında proteini ve %78 oranında da mRNA seviyesini) azalttığı da yapılan bu çalışmada gösterilmiştir [17].
Anti-Sense Oligonükleotitler (ASO’lar)
RNA-bazlı terapilerde ise mRNA’nın olgunlaşmasında farklı 3 ana yaklaşım söz konusudur. Pre-mRNA’nın yıkımı, mRNA’ya bağlanarak susturulması ve pre-mRNA’nın kesilmesidir. 3 yaklaşımda da mutant protein oluşmayacağından istenmeyen etkilerde ortadan kalkacaktır. RNA-bazlı terapilerin en bilinenlerinden ASO’lar susturulmak istenen genin Watson-Crick baz eşleşmeleri boyunca pre-mRNA’ya bağlanabilen sentetik 16-22 baz uzunluğunda tek zincirli oligomerlerdir. RNAaz H1 araclığıyla RNA-DNA hibrit molekülü hidroliz yoluyla degrede etmektedir. Kesim ürünleri ise nükleusun veya sitoplazmanın doğal temizleme mekanizmalarıyla ortadan kaldırılmaktadır. ASO’lar viral vektörler aracılığıyla hücrelere giriş yapabilmektedir lakin kan-beyin bariyerini geçememektedir. Bugüne kadar yapılan çalışmalarda intrathekal enjeksiyon yöntemiyle vücuda verilmiştir [18].
HTT-Rx (RG6042) ASO olarak bilinen bir çalışmada hem yabanıl tip HTT hem de mHTT’ye bağlanabilen ve RNAaz H1’in aracılık ettiği mekanizmada HH için hastalığı modifiye ettiği görülmüştür. Ionis Pharmaceuticals’ın sponsor olduğu HTT-Rx; insan faz1-2-a çalışmalarının ilk sonuçlarında serebrospinal sıvıda (SSS) doza-bağımlı olarak mHTT üretiminin %40 oranında azaltıldığı, ASO yönteminin güvenli olduğu ve önemli bir sorun yaratmadığı anlaşılmıştır [19,20]. Ancak şu an için klinik sonuçlar ASO’nun uygulanabilir bir yöntem olduğuna dair güçlü bir kanıt sunamamaktadır, SSS’deki mHTT seviyesi ve bilişsel ve motor beceriler arasında korelasyonun analiz edilmesi gerekmektedir.
RNA-İnterferans
RNAi teknolojisi RISC (RNA-induced silencing complex reducing) olarak isimlendirilen translasyon baskılayıcı kompleks aracılığıyla sitozolde olgun mRNA degredasyonunu hedefleyen bir yaklaşımı içermektedir. ZFP’lere benzer şekilde lentiviral veya çeşitli vektörlerin varlığında çalışmaktadır. N171-82Q fare modelindeki in vivo bir çalışmada AAV vektör aracılığıyla anti-HTT kısa saç tokası molekülünün bilateral striatal enjeksiyonu sonucunda tedavi edilmemiş farelere kıyasla ortalama %55 oranında mHTT mRNA seviyesi gösterilmiştir [21]. Transgenik R6/2 farelerde lipozom-siRNA kompleksi ise mHTT seviyesini azaltmakta, motor semptomların başlamasının gecikmesini ve yaşamsal becerilerde gelişmeyi sağlamaktadır [22]. 2007 yılında yapılan bir çalışmada viral transgenik HH farelerin striatumuna kolesterol-birleşik anti-HTT siRNA dublekslerinin verilmesiyle nöropatolojinin azaltılması, davranışsal fenotiplerin başlamasının gecikmesi sağlanmıştır [23]. RNAi yöntemi mHTT mRNA seviyesinin düşürülmesi için çekici bir yöntemdir ancak geri dönüşümsüz ve immünojenik olabilmektedir [18].
CRISPR ve Huntington
Doğal koşullarda bakteriyel immün sistemin bir paçası olan CRISPR-Cas9 sistemindeyse viral enfeksiyonlardan korunmak amacıyla (guideRNA (gRNA)) ve Cas-9 nükleaz olarak isimlendirilen iki temel elemanıyla hedef DNA’da kesim-yapıştırma işlemleri gerçekleşmektedir. Cas-9 proteini gRNA aracılığıyla hedef DNA bölgesinde PAM (protospacer-adjacent motif) olarak isimlendirilen özel bir bölgeyi tanıyarak kesim yapmaktadır. PAM bölgesi çok iyi korunmuş 2-5 nükleotit dizisi içermektedir. Bu doğal mekanizmanın insan gibi canlılarda yapay olarak genom düzenleyebilme fikri çalışmaların ZFN, ASO ve RNAi yöntemlerinden CRISPR sistemine kaymasına yol açmıştır. Şu an için HH’da CRISPR-Cas9 sisteminin kullanımı bebeklik çağında olup çalışmalar klinik öncesi erken aşamadadır. CRISPR-Cas9 sistemiyle Q140 transgenik HH farelerde CAG-CTG tekrar dizilerine komşu sgRNA’lar kullanarak HTT geni inaktive edilmiş, mHTT miktarının geçici olarak azaltılması, patolojinin zayıflatılması ve motor fonksiyonda gelişmeler sağlanmıştır. İnsan HH fibroblastlarında yaplan bir çalışmada gRNA ve modifiye edilmiş ‘Nickaz (Nickase)’ Cas9 enzimiyle HTT geninden CAG tekrar dizilerinin kesilmiş ve mHTT ifadesinin azalmasıyla sonuçlanmıştır [24]. Son yapılan bir çalışmada HTT proteini regülasyonu için önemli olan 5 ′- UTR (Untranslated Region) bölgesinde uORF (upstream open reading frame (uORF)) olarak isimlendirilen bir açık okuma çerçevesi bulunmaktadır. uORF 12 aminoasitlik bir polipeptid kodlamaktadır ve HTT mRNA’sının translasyonunu aşağı-negatif yönde etkilemektedir [25]. İnsan mHTT transgenik YAC128 farelerin kemik iliği kök hücrelerinden elde edilen mezenkimal kök hücrelerinde görülüyor ki CRISPR-Cas9 aracılığıyla 5 ′ -UTR’deki uORF’nin kesilmesi sonucunda mHTT üretiminde azalmalar görülmüş, mHTT translasyonunu etkileyen ekson1-intron sınırında da bozulmalar sağlanmıştır [26].
CRISPR-Cas9 teknolojisi tasarım ve uygulama kolaylığı, uygun maliyeti, çoklu genlerde değişim yapabilme yeteneği, ZFN’ye kıyasla hedef bölgenin kısa olması ve ZFN gibi protein inşası gerektirmediğinden diğer yöntemlerden daha öne çıkmaktadır [27]. Ancak CRISPR-Cas9 sisteminin birkaç dezavantajları da bulunmaktadır. HH için bireyde tanımlanmış tamir mekanizmaları için mutasyonlar bulunmaktadır. Bu durumda da tamir mekanizmalarının çalışabilirliği kesin değildir. Ayrıca insan beyninde bakteriyel proteinler bir immün cevabı da tetikleyebilir. Bazı durumlarda karsinogeneze, genom dengesizliğine, gen fonksiyonunun bozulmasına ve epigenetik bozulmalara da neden olabilmektedir [28].
Referanslar:
1. Jimenez-Sanchez, M. Licitra, F. Underwood, B.R. Rubinsztein, D.C. (2017) "Huntington’s disease: Mechanisms of pathogenesis and therapeutic strategies". Cold Spring Harb Perspect Med.Jul 1;7(7):1–22.
2. Huntington, G. George, M.D. J (2003)."On chorea". Neuropsychiatry Clin Neurosci. 15(1):109–12.
3. Killoran,A. Biglan, K.M. Jankovic, J. Eberly, S. Kayson, E. Oakes, D. (2013). "Characterization of the Huntington intermediate CAG repeat expansion phenotype in PHAROS". Neurology. 80(22):2022–7.
4. Langbehn, D.R. Brinkman, R.R. Falush, D. Paulsen, J.S. Hayden, M.R. (2004). " A new model for prediction of the age of onset and penetrance for Huntington’s disease based on CAG length". Clin Genet. 65(4):267–77.
5. Fusilli, C. Migliore, S. Mazza, T. Consoli, F. De Luca, A. Barbagallo, G. (2018). "Biological and clinical manifestations of juvenile Huntington’s disease: a retrospective analysis". Lancet Neurol. 17(11):986–93. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/S1474-4422(18)30294-1
6. Kordsachia, C.C. Labuschagne, I. Stout, J.C. (2017). "Beyond emotion recognition deficits: A theory guided analysis of emotion processing in Huntington’s disease". Neurosci Biobehav Rev.73:276–92.doi.org/10.1016/j.neubiorev.2016.11.020
7. Walker, F.O. (2007). "Huntington’s disease". Lancet.369(9557):218–28.
8. Saudou, F. Humbert, S. (2016). "The Biology of Huntingtin". Neuron. 89(5):910–26.
9. Frank, S. Stamler, D. Kayson, E. Claassen, D.O. Colcher, A. Davis, C. ve diğerleri. (2017). "Safety of converting from tetrabenazine to deutetrabenazine for the treatment of Chorea". JAMA Neurol. 74(8):977–82.
10. Ghosh, R. Tabrizi, S.J. (2018). "Clinical Features of Huntington ’ s Disease". Advances in Experimental Medicine and Biology.
11. Kim, A. Lalonde, K. Truesdell, A. Gomes Welter, P. Brocardo, P.S. Rosenstock, T.R. et al. (2021) "New Avenues for the Treatment of Huntington’s Disease". Int J Mol Sci [Internet]. 22:8363. doi.org/10.3390/ijms22168363
12. Grachev, I.D. Meyer, P.M. Becker, G.A. Bronzel, M. Marsteller, D. Pastino, G. et al. (2021). "Sigma-1 and dopamine D2/D3 receptor occupancy of pridopidine in healthy volunteers and patients with Huntington disease: a [18F] fluspidine and [18F] fallypride PET study". Eur J Nucl Med Mol Imaging. 48(4):1103–15.
13. Karl, K. McGarry, A. McDermott, M.P. Kayson, E. Walker, F. Goldstein, J. et al. (2013). "A randomized, double-blind, placebo-controlled trial of pridopidine in Huntington’s disease". Mov Disord.28(10):1407–15.
14. McGarry, A. Auinger, P. Kieburtz, K. Geva, M. Mehra, M. Abler, V. et al.(2020). "Additional Safety and Exploratory Efficacy Data at 48 and 60 Months from Open-HART, an Open-Label Extension Study of Pridopidine in Huntington Disease". J Huntingtons Dis. 9(2):173–84.
15. McGarry, A. Kieburtz, K. Abler, V. Grachev, I.D. Gandhi, S. Auinger, P. et al.(2017). "Safety and Exploratory Efficacy at 36 Months in Open-HART, an Open-Label Extension Study of Pridopidine in Huntington’s Disease". J Huntingtons Dis. 6(3):189–99.
16. Klug, A. (2010). "The discovery of zinc fingers and their applications in gene regulation and genome manipulation". Annu Rev Biochem. 79:213–31.
17. Garriga-Canut, M. Agustín-Pavón, C. Herrmann, F. Sánchez, A. Dierssen, M. Fillat, C. et al. (2012). "Synthetic zinc finger repressors reduce mutant huntingtin expression in the brain of R6/2 mice". Proc Natl Acad Sci U S A. 109(45).
18. Jana, Miniarikova. Melvin, M. Evers, P.K. (2018). "Translation of microRNA-based huntingtin lowering therapies from preclinical studies to the clinic". Mol Ther. 26 947–962. 2018;
19. Tabrizi, S.J. Leavitt, B. Landwehrmeyer, B. Wild, E. Saft, C. Barker, R. et al. (2018). "J01 Effects of IONIS-HTTRX (RG6042) in patients with early huntington’s disease, results of the first htt-lowering drug trial." Sep;A97.2-A98.
20. Valls, A. Brouwers, C. Pintauro, R. Snapper, J. Bohuslavova, B. Sogorb-Gonzalez, M. et al. (2018). "I05 Sustained mutant huntingtin lowering in the brain and cerebrospinal fluid of huntington disease minipigs mediated by AAV5-MIHTT gene therapy". A89.3-A90.
21. Harper, S.Q. Staber, P.D. He, X. Eliason, S.L. Martins, I.H. Mao, Q. et al. (2005). "RNA interference improves motor and neuropathological abnormalities in a Huntington’s disease mouse model". Proc Natl Acad Sci U S A.102(16):5820–5.
22. Wang, Y.L. Liu, W. Wada, E. Murata, M. Wada, K. Kanazawa, I. (2005). "Clinico-pathological rescue of a model mouse of Huntington’s disease by siRNA". Neurosci Res. 53(3):241–9.
23. DiFiglia, M. Sena-Esteves, M. Chase, K. Sapp, E. Pfister, E. Sass, M. et al. (2007). "Therapeutic silencing of mutant huntingtin with siRNA attenuates striatal and cortical neuropathology and behavioral deficits". Proc Natl Acad Sci U S A .104(43):17204–9.
24. Dabrowska, M. Juzwa, W. Krzyzosiak, W.J. Olejniczak, M. (2018). "Precise Excision of the CAG Tract from the Huntingtin Gene by Cas9 Nickases". Front Neurosci.12(February):1–8.
25. Lee, J. Park, E.H. Couture, G. Harvey-Garneau, P. Pelletier, J. (2002). "An upstream open reading frame impedes translation of the huntingtin gene". Nucleic Acids Res.30(23):5110–9.
26. Kolli, N. Lu, M. Maiti, P. Rossignol, J. Dunbar, G.L. (2017). "CRISPR-Cas9 mediated gene-silencing of the mutant huntingtin gene in an in vitro model of huntington’s disease". Int J Mol Sci. 18(4):1–14.
27. Gupta, R.M. Musunuru, K. (2014). "Expanding the genetic editing tool kit: ZFNs, TALENs, and CRISPR-Cas9". J Clin Invest. 124(10):4154–61.
28. Karimian, A. Azizian, K. Parsian, H. Rafieian, S. Shafiei-Irannejad, V. Kheyrollah, M. et al. (2019). "CRISPR/Cas9 technology as a potent molecular tool for gene therapy". J Cell Physiol.234(8):12267–77.