Die Huntington-Krankheit (HK) ist eine seltene, autosomal-dominant vererbte neurodegenerative Erkrankung, die zu fortschreitenden neurologischen, psychiatrischen und kognitiven Beeinträchtigungen führt. In Europa sind etwa 12 von 100.000 Einwohnern betroffen, wobei eine dreifache Anzahl von Personen ein 50%iges Risiko trägt, die Genmutation von einem betroffenen Elternteil zu erben. Die Erkrankung führt typischerweise im mittleren Lebensalter zu Symptomen und nach etwa 15 bis 21 Jahren zum Tod.
Genetische Ursache und Pathogenese
Die genetische Ursache der HK ist eine instabile Expansion einer CAG-Trinukleotid-Wiederholungssequenz innerhalb des ersten Exons des Huntingtin-Gens (HTT) auf Chromosom 4. Während der Normalbereich bis zu 35 CAG-Wiederholungen umfasst, führt eine Expansion von mehr als 39 CAG-Wiederholungen im Laufe des Lebens immer zum Ausbruch der Erkrankung (vollständige Penetranz). Längere CAG-Wiederholungen sind mit einem früheren Krankheitsbeginn, extensiveren Beeinträchtigungen und einer rascheren Progression der Erkrankung assoziiert.
Die molekularen pathogenetischen Mechanismen, die zur selektiven Neurodegeneration, insbesondere im Striatum, führen, sind noch nicht vollständig verstanden. Es werden zahlreiche molekulare und zelluläre Mechanismen diskutiert, darunter die Toxizität des mutierten Poly-Glutamin-expandierten Huntingtin (mHTT). Studien an Modellorganismen und an HK-Patienten haben eine Vielzahl von Pathomechanismen identifiziert, die bei der komplexen Pathogenese der HK eine Rolle spielen. Hierzu zählen Transkriptionsveränderungen, Alterationen der glutamatergen Transmission mit N‑Methyl-D-Aspartat(NMDA)-Rezeptor-Dysregulation, Störungen der Ca2+-abhängigen Signaltransduktion, Störung der K+-Homöostase und sowie Defizite im zellulären Energiestoffwechsel durch Veränderungen der mitochondrialen Funktion. Diese Krankheitsmechanismen sind funktionell miteinander verbunden.
Zukünftige Therapieansätze
Neue Behandlungsansätze bei der HK zielen darauf ab, den natürlichen Verlauf der Erkrankung zu modifizieren. Das Ziel ist es, die Nachbildung mutierter Huntingtin-(HTT)-Genprodukte zu verringern. Die Verfügbarkeit verlässlicher, prädiktiver Gentests erlaubt konzeptuell die Prävention einer manifesten Erkrankung bei rechtzeitigem Einsatz krankheitsmodifizierender Therapien. Es liegt nahe, dass die beste klinische Wirkung bei einem frühen Behandlungsbeginn zu erwarten ist, noch bevor es zu einem ausgeprägten Neuronenverlust gekommen ist. Allerdings setzt die Therapieentwicklung im präsymptomatischen oder prodromalen Stadium der HK voraus, dass verlässliche, interpretierbare Biomarker etabliert sind.
Gen-Silencing-Strategien
Vielversprechende Behandlungsansätze sind auf eine Hemmung der Genexpression gerichtet, bei der die Produktion des mHTT-Proteins verringert wird. In wegweisenden Studien führte die Hemmung der Nachbildung von mHTT im Striatum transgener Mäuse zu Verbesserungen der Krankheitssymptome. Diese Ansätze können entweder einen transienten (Monate) oder langfristigen (Jahre) Effekt erzielen. Bislang wurden eine Vielzahl von HTT-Silencing-Substanzen auf Sicherheit, Verträglichkeit und Wirksamkeit in präklinischen Studien untersucht. Zudem befinden sich gegenwärtig mehrere Substanzen in der Testung in klinischen Studien.
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Antisense-Oligonukleotide (ASOs)
Die Behandlung von HK-Patienten mit Antisense-Oligonukleotiden (ASOs) wird aktuell in mehreren klinischen Studien erprobt. ASO-Therapeutika stellen eine neue Klasse von Substanzen dar, die eine wirksame und effiziente Modulation der Genexpression in vivo ermöglichen. ASOs binden entsprechend des Watson-Crick-Basenpaarungsprinzips an die komplementären Sequenzen der Prä-mRNA und mRNA und führen - präferenziell über RNaseH1 im nukleären Kompartiment - zu einem Abbau von HTT-Transkripten. Therapeutisch eingesetzte ASOs können in erster Linie an die mutante HTT-mRNA binden („allelselektiv“) oder „nichtallelselektiv“ an Transkripte beider Allele.
Das nichtallelselektive HTT-ASO Ionis-HTTRX (auch bekannt als RG6042) erwies sich in einer Phase-Ib/IIa-Studie generell als sicher und reduzierte die Spiegel von mHTT im Liquor cerebrospinalis dosisabhängig durchschnittlich um etwa 40 %. Wave Biosciences führt zwei randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte klinische Studien der Phase Ib/IIa (Precision-HD‑1 und -2) durch, um die Sicherheit und Verträglichkeit zweier allelselektiver ASOs, WVE-120101 und WVE-120102, zu bewerten, die an „single nucleotide polymorphisms“ (SNPs) andocken, welche nur auf mutanten HTT-mRNAs zu finden sind (rs362307 bzw. rs362331). Die verschiedenen ASOs, die sich in der Entwicklung zur Anwendung bei der HK befinden, verringern die Genexpression durch Degradationsmechanismen. ASOs haben durch chemische Modifikationen eine verlängerte Halbwertszeit und eine lipophilere Oberfläche mit verbesserter Gewebepenetration. Sie senken die Genexpression für 3 bis 4 Monate, wirken aber nur vorübergehend, da sie selbst mit der Zeit von DNAsen abgebaut werden. Eine regelmäßig wiederholte Verabreichung ist somit notwendig, um eine anhaltende Wirkung zu erzielen.
RNA-Interferenz (RNAi)
Eine Repression der Genexpression im gesamten Gehirn durch kleine interferierende RNAs (siRNA) ist bisher noch nicht erreicht worden. Präklinische Studien zeigen, dass durch die Injektion divalenter siRNA (di-siRNA), aus zwei vollständig chemisch modifizierten und verbundenen siRNAs in das Ventrikelsystem, eine ausgeprägte, 50- bis 90 %ige Reduktion der HTT-Expression im ZNS erreicht werden kann, auch ohne Verwendung viraler Vektoren. Bei Verabreichung an Makaken zeigte der Ansatz eine gute und gleichmäßige Verteilung über die beiden Hemisphären und führte zu einer deutlichen nichtallelselektiven Reduktion des HTT. Erste präklinische Studien sprechen dafür, dass Allelselektivität auch bei relativ geringer CAG-Länge (36-45) mit dieser Methode erreicht werden kann. Klinische Studien (Phase I/IIb) sind in Vorbereitung.
Orale, niedermolekulare Substanzen
Oral verfügbare, niedermolekulare Substanzen können die Neubildung von mHTT durch vermehrten Abbau der mRNA hemmen, wahrscheinlich durch translationsgekoppelten RNA-Abbau. Diese Substanzen erlauben eine Behandlung des gesamten Körpers, nicht nur des ZNS. Nach aktuellem Wissensstand beschränkt sich die HK-Pathologie nicht nur auf das ZNS, sondern betrifft auch den restlichen Körper, insbesondere die Skelettmuskulatur.
Gentherapie
RNA-Interferenz (RNAi) ist ein natürlicher Prozess in eukaryoten Zellen, der zur spezifischen Herunterregulation der Genexpression („gene silencing“) führt. Das therapeutische Ziel der RNAi-Targeting-Ansätze ist es, die Produktion mutanter Genprodukte zu hemmen. Hierbei werden vor allem Konstrukte aus Adeno-assoziierten Viren (AAV), aber auch Lentiviren als Vektoren verwendet, um eine langanhaltende Produktion von mi(„micro“)/siRNA im transduzierten Gehirnparenchym zu induzieren. Die Herstellung von Virusvektoren zur Anwendung beim Menschen ist erprobt und gilt als sicher. Die intraparenchymatöse Injektion erfolgt stereotaktisch in Vollnarkose. Die Firma Annexon Biosciences gab kürzlich bekannt, von der U.S. Food and Drug Administration (FDA) eine Zulassung zur klinischen Erprobung von ATM-130 (AAV5-miHTT) erlangt zu haben, was in Modellsystemen der HK sowohl die mutierte HTT-mRNA als auch das HTT-Protein in allen erfolgreich transduzierten Hirnregionen deutlich reduziert. Der Gentherapieansatz der Firma Voyager besteht aus einem Adeno-assoziierten viralen Kapsid (AAV1) und einem patentgeschützten Transgen (VY-HTT01), welches den RNA-Interferenz-Weg verwendet, um HTT-mRNA zu eliminieren oder zu reduzieren. Langanhaltende Effekte zeigen ebenfalls Behandlungsstrategien mit synthetischer miRNA und „short hairpin RNA“ (shRNA).
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CRISPR/Cas-System
Mit der Einführung der molekularen Genschere CRIPSR/Cas erlebt die Molekularbiologie zurzeit die größte Revolution seit Jahrzehnten. Das CRISPR/Cas-System wurde in Bakterien als Abwehrmechanismus gegen Viren beschrieben und kann zur Editierung des Genoms von Säugetieren eingesetzt werden. Das System verwendet eine RNA-Sequenz, die sog. „single guide RNA“ (Leit-RNA), die mit einer komplementären DNA-Sequenz (Ziel-DNA) gekoppelt werden kann.
Eine der ersten strategischen Fragen zur Anwendung der Geneditierung bei der HK ist, ob HTT-kodierende Sequenzen ganz eliminiert oder ob alternativ die pathologisch verlängerte CAG-Basentriplettsequenz modifiziert werden soll. In präklinischen Studien mit Fibroblasten von HK-Patienten konnte gezeigt werden, dass mithilfe des CRISPR/Cas9-Systems eine präzise Exzision von CAG-Basentripletts aus dem HTT-Gen erreicht werden kann. Mehrere präklinische Studien zeigen, dass eine intrakranielle Verabreichung der CRISPR/Cas9-Komplexe mittels viraler Vektoren zu einer robusten, entweder allelselektiven oder nichtallelselektiven HTT-Inaktivierung führt, die in transgenen Mäusen den klinischen und neuropathologischen Phänotyp verbessert.
Modulation der somatischen CAG-Instabilität
Die CAG-Expansion im HTT-Gen, die der HK zugrunde liegt, ist instabil und kann durch Zunahme der CAG-Länge zu einem früheren Krankheitsbeginn in der nachfolgenden Generation führen („genetische Antizipation“ durch intergenerationale CAG-Instabilität) sowie zu Variationen der CAG-Länge im Körpergewebe („somatische CAG-Instabilität“). Es wird vermutet, dass die somatische Instabilität bzw. Verlängerung der CAG-Anzahl eine wesentliche Rolle für den Erkrankungsbeginn und die Progression der HK spielt. Die DNA-Reparatur-Maschinerie spielt eine entscheidende Rolle bei der somatischen CAG-Instabilität. Eine pharmakologische Modulation der DNA-Reparatur-Maschinerie (z. B. eine Hemmung von MSH-3) könnte es in der Zukunft erlauben, somatische CAG-Expansionen im HTT-Gen zu reduzieren bzw.
Herausforderungen und offene Fragen
Obwohl die Therapieentwicklung große Fortschritte gemacht hat, gibt es noch einige Hürden zu überwinden. Es ist gegenwärtig ungeklärt, zu welchem Zeitpunkt die Behandlung eingeleitet werden muss, damit der Krankheitsverlauf in alltagsrelevanter Weise beeinflusst werden kann. Ebenso ist noch nicht bekannt, inwieweit HK-induzierte Schädigungen bei teilweiser (oder vollständiger) Repression der Nachbildung mutanter HTT-Gen-Produkte repariert werden können.
Eine offene Frage ist, ob eine Intervention auf DNA-Ebene (z. B. mithilfe von Zinkfingerprotein-Repressor-Komplexen oder CRISPR/Cas) den Interventionen auf mRNA-Ebene überlegen ist und ob eine Degradation der Prä-mRNA einer Degradation von reifer mRNA vorzuziehen ist. Ebenso muss sich erst noch empirisch klären, ob eine allelselektive Behandlungsstrategie gegenüber einer nichtallelselektiven Behandlung klinisch relevante Vorteile bietet. Allerdings liegen noch keine Langzeitbeobachtungen vor, die es erlauben würden, abzuschätzen, wie gut und bis zu welcher Grenze eine Reduktion des physiologischen HTT auf Dauer toleriert wird. Erst durch Langzeitbeobachtungen wird klar werden, ob bei nichtallelselektiven Ansätzen möglicherweise über eine zu ausgeprägte Suppression des physiologischen HTT („loss of function“) Nebenwirkungen oder Verschlechterungen des klinischen Zustandes resultieren.
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Eine weitere Hürde für die Behandlung mit ASOs für neurologische Erkrankungen ist die Notwendigkeit einer regelmäßig wiederholten intrathekalen (IT-)Applikation. Es ist zudem gegenwärtig ungeklärt, ob lumbale IT-Injektionen erlauben, alle relevanten Gehirnregionen mit dem Wirkstoff in therapeutisch wirksamen Konzentrationen zu erreichen. Auch für gentherapeutische Ansätze mit stereotaktischer intraparenchymatöser Applikation viraler Vektoren ist gegenwärtig das effektive Transduktionsvolumen unbekannt. Da die Pathologie der HK nicht auf das Gehirn und im Gehirn auf die Basalganglien beschränkt ist und die ubiquitäre Expression von HTT eine Multisystempathologie nahelegt, ist gegenwärtig ungeklärt, ob eine Behandlung des ZNS für eine alltagsrelevante Verlaufsbeeinflussung ausreicht und welche Vorteile eine systemische Behandlung hätte.
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