Les thérapies géniques en maladies neuromusculaires: la voie du futur?

Nicolas Chrestian MD FRCP(C) CSCN Centre Mère-Enfant Soleil

Québec IRDPQ mai 2017

Conflit intérêt

• Conseiller pour PTC therapeutics (sans honoraires)

• Conseiller pour biogen therapeutics (sans honoraires)

Objectifs :

• Comprendre les thérapies géniques et leurs implications

• Illustrer par des exemples • Mettre à jour les connaissances sur les

thérapies géniques en maladie neuromusculaire

• Comprendre les facteurs limitants de ces thérapies

Chronologie de la thérapie génique

>1900 essais thérapie génique 9% désordre monogénique

2017

Pourquoi une thérapie génique?

• Modèle parfait: les maladies neuromusculaires neurogéniques – Plusieurs avantages comparant aux

pharmacothérapies classiques • Correction complète du désordre (cure?) • Très spécifique: (Rx ciblé) • Efficacité long terme: (pas besoin de répéter les doses?)

Quel type de thérapies géniques

• Chaque stratégie est adaptée à la physiopathologie:

• Donc chaque maladie ont un traitement spécifique – Gene addition: DMD, XLMTM, LGMD2D – Gene correction: DMD – Gene substraction: FSHD, Myotonic Dystrophy

Exemple of la génétique du Duchenne

• Paradigme: (10% patients ne suivent pas la règle)

– Cadre de lecture: • I LOVE RED CARS

– Out of frame: Duchenne • I RED CARS

– In frame: (protéine partielle) Becker

• I LOVE CARS

large deletions

70%

large duplications

11%

small mutations

16%

intonic mutations

3%

America

Génétique de la dystrophie myotonique

Déficit enzymatique XLMTM

Carte des thérapies géniques

•Protein replacement •Enzyme replacement •Antiapoptosis •antifibrosis

• Satellite cells and myoblasts

•Myogenic stem or progenitor cells

•mesangioblasts

•Antisense oligonucleotide (AON)

•Read through molecules

•Vector mediated •Viral •Non viral

•Gene editing •TALEN • INDEL • Zinc Finger Remplacement

géne Réparation mutation

cascade interaction: apoptose et

fibrose

Thérapie cellulaire

1-vecteurs Viral

• Adeno-associated virus Recombinant (rAAV) – Non pathogénique – Stable dans les cellules – Tropisme pour muscle

• Problèmes :

– Délivrer gros gène (dystrophine) – Limitation du paquetage – Réaction Immune: cell T antidystrophine? – Risque de Mutagénèse ?

Autres vecteurs viraux • Lentivirus

– Avantage: Stable intégration

– Désavantage: cells divisées, pack limité, mutagenèse

• Rétrovirus – Avantage: stable, dividing

and non dividing, persistent

– Désavantages: mutagenèses?

Guan, Methods 2016

Micro or mini?

• Stratégie: – Minidystrophins (

deletion in spectrin repeat) and microdystrophins (deletion c terminal part)?

– Dual vectors? • Trans-splicing approach • Overlap sequence

Rodino-Kaplac, current neurol (2013), 13:332

Toutes dystrophies musculaires?

Dystrophies des ceintures?

Straub et al, Neuromuscular disorders 26 (2016) 111-125

Remplacement enzymatique?

• X linked Myotubular myopathy.

• Mutation faux sens gène MTM1

• MTM1 Myotubularin lipid phosphatase.

• rAAV8: paqué MTM1

Buj-Bello et al. Hum Mol Genet 2002

Comprendre histoire naturelle des MN

Multicentrique Europe Amérique du Nord

Atrophie musculaire spinale

• rAAV9 : expression gène SMN • Pas d’effets secondaires class I

– transaminites – Tous patients tolèrent bien – Progression force musculaire auCHOP-IN-TEND

scoring system

Bengtsson and al human molecular genetics 2016

large deletions

70%

large duplications

11%

small mutations

16%

intonic mutations

3%

America

2-Exon Skipping and Read through In DMD Patients

Qui est concerné par exon skipping

• 60-80% of DMD • Restaurer le cadre de

lecture • Oligonucleotides

Antisense : – Splicing modification – 2 types biochimiques.

• Morpholino: eteplirsen • 2’OMe: drisapersen

Exon skipping

Idée élégante: “revertant” fibers (fibres musculaires qui réexpriment la dystrophine spontanément. Systéme endogéne d,exon skipping)

Exon Skipping production de masse

• Autres exon skipping à venir – Exon 44 – Exon 45 – Exon 53 – Exon 19

L’Expérience GSK

They described loss of engagement, distress, and feeling unprepared for the possibility of trial termination

Exon skipping et autres maladies neuromusculaires

– SMA (ISIS trial): inhibition intronic splice silencer

– Dysferlinopathie: exon 32 skipping

– Fukuyama CMD: morpholino cocktail

ISIS Trial: nouvel espoir?

• Exon skipping. • Sauter le splice silencer

et inclure exon 7 and produire transcription complète de SMN2 gêne

• Mars 2016 • Phase 1 Nursinersen (ISIS-

SMNRx) • Efficacité, tolérance et

sécurité • Demi-vie 4-6 mois • Augmentation HFMSE

scores at 9mg après 3 mo et bénéfice à 9- 14 mo

ISIS Trial: nouvel espoir?

Chriboga and al, Neurology april 2016

Richard S. Finkel, MD 13 January 2017

Primary Efficacy and Safety Results From the Phase 3 ENDEAR Study of

Nusinersen in Infants Diagnosed With Spinal Muscular Atrophy (SMA)

Finkel RS,1 Kuntz N,2 Mercuri E,3 Muntoni F,4 Chiriboga CA,5 Darras B,6 Topaloglu H,7 Montes J,5 Su J,8 Zhong ZJ,9 Gheuens S,9 Bennett CF,8 Schneider E,8 Farwell W,9 on behalf of the ENDEAR study group

1Nemours Children’s Health System, Orlando, FL, USA; 2Ann & Robert H. Lurie Children’s Hospital of Chicago, Chicago, IL, USA; 3Università Cattolica del Sacro Cuore, Rome, Italy; 4University College London, London, UK; 5Columbia University, New York, NY, USA; 6Boston Children’s Hospital, Boston, MA, USA; 7Hacettepe University, Ankara, Turkey; 8Ionis Pharmaceuticals, Inc., Carlsbad, CA, USA; 9Biogen, Cambridge, MA, USA

43rd Annual Congress of the British Paediatric Neurology Association 11-13 January, 2017

Cambridge, UK

Motor Milestone Responders:

IES Population • Highly clinically and statistically significant percentage of motor milestone

respondersa

0

10

20

30

40

50

Sham procedure control Nusinersen

Ove

rall

perc

enta

ge o

f mot

or

mile

ston

e re

spon

ders

b

41%

0%

P=.000027

aThe interim efficacy analysis was conducted on 15 June 2016, once ~80 participants had the opportunity to be assessed at the Day 183 visit. bn=78.

Motor milestone responders, % Sham procedure control Nusinersen P value

6-month visit (n=78) 7 39 .0032

10-month visit (n=55) 0 47 .0002

13-month visit (n=34) 0 43 .0135

Change in HINE Motor Milestone Scores

Across Studies

Populations: NURTURE (232SM201) = interim efficacy set, CS3A = all dosed infants; ENDEAR (CS3B) = interim efficacy set. For each study, visits with n<5 are not plotted. aMaximum total milestone score = 26. bMedian (range) age at first dose: 19.0 (8–42) days. cMedian (range) age at enrolment: = 155 (36–210) days. dMedian (range) age at first dose: 175.0 (30–262) days.

232SM201 13 13 10 5

CS3A 20 20 19 19 18 17 17 14 15 13 14 11 11 10 7

CS3B-active 51 45 40 25 16

CS3B-control 27 20 18 12 7

Improvement for nusinsersen vs. sham procedure control in ENDEAR interim analysis (infantile-onset SMA; 2 SMN2 copies)d

Largest improvement in NURTURE (presymptomatic infantile-onset SMA; 2 or 3 SMN2 copies)b

Long-term improvement in CS3A (infantile-onset SMA)c

Mea

n (±

SE) t

otal

mile

ston

e sc

orea

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

1 29 64 92 183 302 394 505 568 631 694 757

Scheduled visit day

NURTURE (232SM201; N=13) CS3A (N=20)

ENDEAR (CS3B)-active (N=51)

ENDEAR (CS3B)-control (N=27)

Event-Free Survival: ITT Population at End of Study

• Significantly greater event-free survivala in nusinersen-treated infants (HR, 0.53; P=.0046)

aEvent-free survival = time to death or permanent ventilation (permanent ventilation was defined as tracheostomy or ≥16 hours ventilatory support per day for >21 days in the absence of acute reversible event in the determination of an independent endpoint adjudication committee). HR = hazard ratio.

Sham procedure control 41 30 14 9 7 7 Nusinersen 80 59 46 29 16 13

Prob

abilit

y of

eve

nt-fr

ee s

urvi

val

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

0 13 26 39 52 56 Time, weeks

Sham procedure control Nusinersen

Nusinersen: 61%

Sham procedure control: 32%

Outcome Sham procedure control Nusinersen

Death or permanent ventilation, n (%) 28 (68%) 31 (39%)

Alive and no permanent ventilation, n (%) 13 (32%) 49 (61%)

Median time to death or permanent ventilation: Nusinersen: not reached Sham procedure control: 22.6 weeks

Exon skipping: rien n’est parfait

• Questions en suspens; – Le coeur?? – Difficulté à transduire dans les cellules cardiaques. – Certains modéles souris démontrent une

décompensation cardiaque – 85% de clairance au 1er passage: – Effet hors cible:mutagenese?

3-Non sense read through

3-Non sense read through

• 10-15% DMD avec codon stop précoce ( mutation non sens) – Preuve de principe avec souris MDX + gentamycine

(mais dose dependent) – PTC124 (Ataluren): – Oral – 70-90% rexepression dystrophine dans le muscle and

le coeur – Phase I: sécuritaire – Phase 2b: échec

Non sense read through

• PTC 124: – Reanalyse – Problème dans histoire naturelle DMD – Efficace dans le sous groupe des patients qui declinent

– Ralenti la maladie mais pas curatif – Coût $$$ – Apprové en europe, FDA a refusé d’évaluer à la

première soumission

Aigre doux • Phase III ACT DMD

– Sub population • 7 yo • 6 MWD>150m and <80% predicted6 MWD

– Last october 2015:

• Totality of clinical data demonstrate Translarna's ability to slow disease progression for patients with nonsense mutation Duchenne muscular dystrophy -

• - 15 meter benefit observed in 6MWD in overall study population (p=0.213, n=228) -

• - 47 meter benefit observed in 6MWD in pre-specified subgroup of 300 - 400 meters at baseline (p=0.007, n=99) -

• - Pre-specified meta-analysis of combined ACT DMD and Phase 2b studies demonstrated benefit in Translarna-treated patients across primary (p=0.015, n=291) and key secondary efficacy endpoints - Still last Feb 2016:

FDA refused to file !

Nonsense read through

• Nonsense-mediated decay: – Systeme surveillance ARN – Prevenir expression protein aberrante – systeme rapide – Besoin potentiel d’inhiber le systeme pour rendre

la molecule de read through efficace

Les difficultés de la thérapie génique?

• Translation aux patients neuromusculaires • Des tonnes d’étude “proof or principle”

– Quel % d’amélioration chez une souris est significatif pour un humain

• (signification statistique mais pas fonctionnel)

– Besoin d’autres biomarqueurs • Muscle MRI • Functionnel: coeur, poumons, cerveau?

4-un pas dans le futur • Solution ultime: édition de

Gene – Oligonucleotide-mediated

genome repair • Point mutations

– Spliceosome-mediated RNA trans-splicing

• At pre-mRNA level – Gene targeting

• Endonuclease • Incorporation microdeletion

and insertions (INDELS) – CRISPR/CAS9 (2015!)

• Non homology end joining (NHEJ)

• Homology direct repair (HDR) – + repair matrix

Jarmin and al, expert opin. Biol. Ther (2014) 14 (2)

Gene editing

4-CRISPR/CAS9 • An adaptative immune

system – Used by mcrobes to defend

themselves against invading virus

– Repurposed for gene editing: guide RNA with endonuclease (molecular scissor0

– Could potentially help up to 80% of DMD patients

– Proof of concept recently by 3 different team

– Using rAAV • Maintained correction for

months!

Calos and al. NEJM april 2016

4-CRISPR-Cas 9 system

• Les risques: – Off target – Reaction Immune – Réponse soutenue? – Pour le moment restore le cadre de lecture ds

DMD

5- promouvoir le remplacement et/ou la croissance musculaire

5-thérapie cellulaire • Transfert de myoblaste:

– Plein de promesse pour la souris

– Décevant sur hommes • Immune reaction • Problème dispersion • Faible survit celluaire

• Mesangioblaste:

– Migration vasculaire – GRMD: prometteur – Étude de reprogramation

cellulaire

• difficultés: – Compliqué – instable

Skuk and al, Mol Biol Cell 2004

regeneration et replacement musculaire

• Myostatin inhibiteur – Myostatin inhibitor of

IGF-1 (anti anabolic) – Using autoantibodies to

block myostatin – Étude de principe

positive – étude Phase 2 pour

tolérance et sécurité en cours: très prometteur pour les patients enrolé

Reduire apoptosis

• Régénére ad 20% des fibres

• Faible croissance force musculaire

• Mais pas d,effet sur marquer standardisé comme 6MWD, VEMS…

Programme de prévention/dépistage?

Où sommes nous en 2017? Snapshot

Benedetti and al, FEBS journal 280 (2013) 4262-4280

CRISPR/CAS9 (sgRNA)

Sleeping beauty

À retenir • Beaucoup d’options en cours d’évaluation • Toutes les maladies neuromusculaires peuvent bénéficier

de ces thérapies • Remplacement ou ajout à la corticothérapie dans les

dystrophinopathies? • Quand, comment, combien de temps? • Je m,attends à une combinaison des approches:

– Promouvoir l,expression du géne defectueux – Diminuer la cascade négative inflammatoire – Induire la régénération et croissance cellulaire

– Médecine hautement personnalisée

Le succés de la thérapide génique: collaboration!

Biobanks Patients network

Natural history studies

Bedside Human clinical

research

General population Clinical Care

Bench Basic science research

Trial Translation to clinical practice

Outcome of new treatment