Mobiele menu

Development of exon-skip gene therapy for Duchenne Muscular Dystrophy

Projectomschrijving

Producten

Titel: Progress in therapeutic antisense applications for neuromuscular disorders
Auteur: Aartsma-Rus, A Van Ommen, GJB
Magazine: European Journal of Human Genetics
Titel: Becker muscular dystrophy patients with deletions around exon 51; a promising outlook for exon skipping therapy in Duchenne patients
Auteur: Helderman-van den Ende, ATJM Straathof, CSM Aartsma-Rus, A den Dunnen, JT Verbist, BM Bakker, E Verschuuren, JJGM Ginjaar, HB
Magazine: Neuromuscular Disorders
Titel: Assessment of the feasibility of exon 45-55 multiexon skipping for Duchenne muscular dystrophy.
Auteur: van Vliet L, de Winter CL, van Deutekom JC, van Ommen GJ, Aartsma-Rus A.
Magazine: BMC Medical Genetics
Titel: Comparative Analysis of Antisense Oligonucleotide Sequences for Targeted Skipping of Exon 51 During Dystrophin Pre-mRNA Splicing in Human Muscle.
Auteur: Arechavala-Gomeza V, Graham IR, Popplewell LJ, Adams AM, Aartsma-Rus A, Kinali M, Morgan JE, van Deutekom JC, Wilton SD, Dickson G, Muntoni F.
Titel: Antisense-mediated modulation of splicing: therapeutic implications for Duchenne Muscular dystrophy
Auteur: Aartsma-Rus A
Magazine: RNA Biology
Titel: The therapeutic potential of antisense-mediated exon skipping.
Auteur: van Ommen GJ, van Deutekom J, Aartsma-Rus A.
Magazine: Current Opinion in Molecular Therapeutics
Titel: In vivo comparison of 2'-O-methyl phosphorothioate and morpholino antisense oligonucleotides for Duchenne muscular dystrophy exon skipping.
Auteur: Heemskerk HA, de Winter CL, de Kimpe SJ, van Kuik-Romeijn P, Heuvelmans N, Platenburg GJ, van Ommen GJ, van Deutekom JC, Aartsma-Rus A.
Magazine: Journal of Gene Medicine
Titel: Antisense-induced exon skipping for duplications in Duchenne muscular dystrophy.
Auteur: Aartsma-Rus A, Janson AA, van Ommen GJ, van Deutekom JC.
Magazine: BMC Medical Genetics
Titel: Less is more: therapeutic exon skipping for Duchenne muscular dystrophy.
Auteur: Aartsma-Rus, A van Ommen, GJB
Magazine: Lancet Neurology
Titel: Guidelines for Antisense Oligonucleotide Design and Insight Into Splice-modulating Mechanisms.
Auteur: Aartsma-Rus A, van Vliet L, Hirschi M, Janson AA, Heemskerk H, de Winter CL, de Kimpe S, van Deutekom JC, 't Hoen PA, van Ommen GJ.
Magazine: Molecular Therapy
Titel: Antisense-mediated exon skipping: A versatile tool with therapeutic and research applications.
Auteur: Aartsma-Rus A, van Ommen GJ.
Titel: Development of antisense-mediated exon skipping as a treatment for duchenne muscular dystrophy.
Auteur: Heemskerk H, de Winter CL, van Ommen GJ, van Deutekom JC, Aartsma-Rus A.
Magazine: Annals New York Academy of Science
Titel: Pre-clinical PK and PD Studies on 2’O-Methyl-Phosphorothioate RNA Antisense Oligonucleotides in the mdx mouse model
Auteur: Heemskerk, JA de Winter, CL van Kuik, P Heuvelmans, N Sabatelli, P Rimessi, P Braghetta, P van Ommen, GJB de Kimpe, SJ Ferlini, A Aartsma-Rus, A van Deutekom JCT
Magazine: Molecular Therapy
Titel: Local dystrophin expression with antisense oligonucleotide PRO051.
Auteur: van Deutekom JC, Janson AA, Ginjaar IB, Frankhuizen WS, Aartsma-Rus A, Bremmer-Bout M, den Dunnen JT, Koop K, van der Kooi AJ, Goemans NM, de Kimpe SJ, Ekhart PF, Venneker EH, Platenburg GJ, Verschuuren JJ, van Ommen GJ.
Titel: Antisense-mediated exon skipping: a versatile tool with therapeutic and research applications
Auteur: Aartsma-Rus A, van Ommen GJ.
Magazine: RNA
Titel: Local dystrophin restoration with antisense oligonucleotide PRO051.
Auteur: van Deutekom JC, Janson AA, Ginjaar IB, Frankhuizen WS, Aartsma-Rus A, Bremmer-Bout M, den Dunnen JT, Koop K, van der Kooi AJ, Goemans NM, de Kimpe SJ, Ekhart PF, Venneker EH, Platenburg GJ, Verschuuren JJ, van Ommen GJ.
Magazine: New England Journal of Medicine
Titel: Progress in therapeutic antisense applications for neuromuscular disorders.
Auteur: Aartsma-Rus A, van Ommen, GJB
Magazine: European Journal of Human Genetics
Titel: Accurate quantification of dystrophin mRNA and exon skipping levels in Duchenne Muscular Dystrophy
Auteur: Spitali P Heemskerk JA Vossen RHAM Ferlini A den Dunnen JT 't Hoen PAC Aartsma-Rus A
Magazine: Laboratory Investigation
Titel: Antisense-induced exon skipping for duplications in Duchenne muscular dystrophy.
Auteur: Aartsma-Rus A, Janson AA, van Ommen GJ, van Deutekom JC.
Titel: Muscle Gene Therapy
Auteur: Aartsma-Rus, A van Ommen, GJB

Verslagen


Eindverslag

Ons onderzoek behelst het ontwikkelen van een genetische therapie voor Duchenne spierdystrofie (DMD). DMD is een ernstige, progressief invaliderende neuromusculaire ziekte, die leidt tot rolstoel-afhankelijkheid tijdens de kindertijd en vroegtijdig overlijden (over het algemeen voor het dertigste levensjaar). Onze therapie heeft als doel het verstoorde leesraam van het dystrofine gen te herstellen door middel van antisense oligonucleotides (AONs). Een specifiek exon wordt tijdens de pre-mRNA splicing verstopt voor de splicing machinery door een AON, wat tot gevolg heeft dat het betreffende exon wordt geskipt. Van het herstelde mRNA kan een (groten)deels functioneel dystrofine eiwit worden gemaakt, zoals gevonden bij milder aangedane Becker patiënten. Dystrofine herstel is aangetoond in meer dan 20 gekweekte celculturen van patiënten en in muis en honden modellen voor de ziekte. Vanwege deze bemoedigende resultaten, wordt deze aanpak momenteel getransleerd naar de kliniek. Dit project heeft als doel om pre-klinische farmacologische en klinische programma’s op te zetten voor DMD AON.

Tijdens de eerste twee jaar is een eerste “proof-of-concept” studie succesvol afgerond en gepubliceerd (New England Journal of Medicine, 2007, vol 357: 2677-86). Een fase I/II vervolg studie is inmiddels voltooid in België en Zweden. Dit betreft een oplopende dosis studie waar 4 groepen van 3 patiënten 5 wekelijkse onderhuidse injecties met AONs ontvingen. Alle patiënten zijn behandeld. De behandeling werd goed verdragen door alle patiënten en er zijn geen ernstige bijwerking gerapporteerd. Spierbiopt analyse liet een dosis afhankelijke toename zien van dystrofine. Alle patiënten nemen momenteel deel aan een extensie studie waar ze wekelijkse AON behandelingen ontvangen. Na 3 en 6 maanden was de afstand die in 6 minuten kon worden gelopen (6 minute walk test) groter voor de meeste patiënten dan bij aanvang van de extensie studie. Een fase II/III placebo-gecontroleerde studie waar patiënten gedurende een jaar worden behandeld is onlangs van start gegaan.

Samenvatting van de aanvraag

This project aims to develop a gene therapy for Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) based on 'antisense' oligonucleotides (AONs). DMD is a frequent lethal hereditary disease causing severe, progressive muscle weakness and premature death, mostly before the age of 30. No effective pharmacological or genetic therapy is available. In DMD, deletions (60%), duplications (10%) and point mutations disrupt the dystrophin reading frame, abolishing dystrophin synthesis. In-frame deletions and duplications cause the milder Becker Muscular Dystrophy (BMD). We are developing antisense-based 'exon-skipping' to restore the reading frame of DMD mutations by turning DMD deletions into the next-larger BMD form. From patients with revertant fibers it is suggested that even 3% remaining dystrophin may already improve their condition, while a restoration of dystrophin levels to 15-20% is generally thought to yield milder disease. This is a major advantage of AON-based therapy for DMD, compared with knock-down antisense applications, where efficiencies in excess of 80-95% are typically required for significant therapeutic effects. In cultured patient cells in vitro, we have identified a set of (2'O-Methyl-Phosphorothioate-RNA)AONs capable of efficiently skipping over 35 different exons, to a level of 70-90% of transcripts. Already eight of these AONs would jointly be beneficial for 80% of patients. The exon 51 AON in particular would even be therapeutic for 17% of patients. Our subsequent mouse in vivo studies, to assess skipping levels and biological persistence, show that two intramuscular injections of the AON associated with the carrier molecule polyethylenimine (PEI), spaced by 24h, causes skipping to last for more than a month, with a broad peak from 6-15 days. Mass spectrometry shows the AONs to persist for 30 days in the mouse muscle. This suggests that in future administration regimens, a bi-weekly dosage may realistically be considered. In mdx mice, the skipping obtained is threefold higher than that in control mice with intact muscle membrane, indicating that the defective membrane of dystrophic muscle may actively facilitate local availability. Specific targeting of the 2,5 Mb human DMD transgene in hDMD mice shows exclusive human-specific skipping, leaving the mouse transcript unaffected. This further underpins the high specificity of the antisense exon-skipping process. Finally, recent pilot systemic delivery in mdx has been reported by our colleagues in the UK to cause skipping of mouse exon 23 and significant reprisal of dystrophin synthesis. Together with the moderate requirement for dystrophin restoration for a therapeutic effect and the relatively small size of the therapeutic agent, this raises the prospect of sufficiently effective, non-viral systemic delivery. As in mouse no deletions/duplications exist like in DMD (the mdx mutation is a stop codon in exon 23) further in vivo development requires pilot clinical trials in human patients. The obvious first aim is in vivo proof of concept of exon skipping and restoration of dystrophin synthesis and safety of the AON administration following local delivery in patient muscle, then followed by the development of systemic administration to achieve clinical effect. In a collaboration between LUMC, Prosensa (a spin-off from the Leiden University W&N faculty), and academic neurologists from the LUMC, AMC Amsterdam, and AZ Leuven, and in a later phase the other neuromyological centers in the NL, we aim to set up a preclinical, pharmacological and clinical program toward a safe, tolerable and efficient clinical therapy. Preclinically, we will validate clinical-grade AON reagents, perform molecular and histological analysis of the clinical samples of consented participants prior to and during the trial, further refine application and biopsy technology and continue our research towards further improvement of efficiency and action spectrum of AONs. Pharmacologically we will generate a GMP batch of exon-51 AON, the most effective single-target AON thus far, and perform the required toxicology programme. Two clinical studies will be performed. First we will inject the compound intramuscularly and screen for local effects: specific exon 51 skipping and dystrophin synthesis, muscle morphology, inflammation and toxic signs, and potential expression of dystrophin antibodies. After a positive outcome, a systemic delivery study will follow, utilising the same AON, or one which has been improved for efficiency and action spectrum in our ongoing preclinical research. The toxicology programme will then be more extensive, as required for systemic delivery. The test programme for therapeutic and adverse effects will basically the same, but extended to include overall muscle morphology and function.

Onderwerpen

Kenmerken

Projectnummer:
43200002
Looptijd: 100%
Looptijd: 100 %
2006
2010
Onderdeel van programma:
Gerelateerde subsidieronde:
Projectleider en penvoerder:
Prof. dr. G.J.B. van Ommen
Verantwoordelijke organisatie:
Leiden University Medical Center