fibrosi cistica

fibrosi cistica

Modulatori CFTR triplette: prospettive future per il trattamento della fibrosi cistica

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Fibrosi cistica

introduzione

La fibrosi cistica è una malattia genetica autosomica recessiva caratterizzata da mutazioni nel regolatore di conduttanza transmembrana della fibrosi cistica . CFTR è un canale del cloruro responsabile del flusso ionico attraverso le superfici epiteliali del polmone, dei seni, del pancreas, dell'intestino e del fegato. I ricercatori hanno raggruppato le mutazioni genetiche CFTR in vari difetti proteici: sintesi proteica ridotta , ripiegamento e maturazione anomali delle proteine e gating anormale . Queste mutazioni di solito si presentano come forme gravi di CF a causa della completa assenza di CFTR sulle superfici cellulari. Forme più lievi si presentano come forme meno gravi di FC correlate alla presenza di CFTR sulla superficie cellulare. Le differenze di gravità sono direttamente dovute alla funzione CFTR che si basa sulla gravità della mutazione CFTR.

Terapie basate sul miglioramento della proteina CFTR difettosa

Questa conoscenza si è dimostrata utile per progettare la terapia per singole mutazioni e classi di mutazione. La scoperta e l'approvazione della Food and Drug Administration statunitense di Kalydeco all'inizio del 2011 ha segnato l'inizio di una nuova era di terapie incentrate sul miglioramento della funzione della proteina CFTR difettosa. Tuttavia, a causa della sua specificità per la mutazione G551D, ivacaftor beneficia solo del 5% dei pazienti con FC. Circa il 50% dei pazienti CF ha due copie della mutazione F508Del, mentre altri pazienti CF portano solo una copia di questo gene. Più recentemente, Orkambi, un farmaco a due composti composto da lumacaftor e ivacaftor, ha fornito le basi necessarie per sviluppare ulteriormente i concetti molecolari di: correzione del traffico, potenziamento e amplificazione del CFTR difettoso. Questi nuovi concetti formeranno la base delle future terapie CF ed estenderanno il trattamento CFTR a quasi il 50% dei pazienti CF

L’evoluzione della conoscenza dei meccanismi molecolari responsabili del CFTR difettoso ha portato a nuove ricerche incentrate sulla «riparazione» di ciascuna fase dell'espressione e della funzione di CFTR, creando così una nuova classe di «correttori CFTR» combinati denominati «composti CFTR tripletto». Questo articolo esaminerà come i pazienti possono essere selezionati e trattati con questi nuovi agenti basati su mutazioni specifiche. In futuro, molti professionisti della FC hanno aspettative che l'inizio del trattamento per i pazienti FC avverrà semplicemente mediante l'uso di biomarcatori dell'espressione CFTR piuttosto che testare mutazioni specifiche. Poiché la continua ricerca identifica biomarcatori con maggiore specificità e che predicono la risposta clinica, le terapie possono essere potenzialmente adattate alle risposte individuali.

scoperta dei modulatori CFTR

La conoscenza di base di come il regolatore di conduttanza transmembrana della fibrosi cistica viene espresso e visualizzato sulle superfici cellulari è derivato da un'ampia ricerca in vitro e ha permesso la scoperta di composti chiamati modulatori CFTR .1 Studi dettagliati di CFTR hanno coinvolto lo sviluppo di una conoscenza dettagliata di la struttura molecolare del CFTR e nuove idee sui modi per ripristinare la funzione della proteina.6-9 Ci sono due classi di composti CFTR che hanno ricevuto l'approvazione della Food and Drug Administration degli Stati Uniti: i cosiddetti potenziatori CFTR che aumentano l'attività di CFTR sulle superfici epiteliali e correttore CFTR che migliora l'elaborazione e il traffico di proteine difettose. Questi agenti sono solitamente combinati nel trattamento di pazienti con mutazioni responsive.

Il CFTR normalmente funzionante determina la profondità del fluido superficiale delle vie aeree regolando la secrezione di Cl− (e bicarbonato) e il riassorbimento di Na + (quest'ultimo indirettamente attraverso la sua influenza sul canale epiteliale del Na [ENaC]). Note: (A – C) la disfunzione CFTR e le conseguenti anomalie nel trasporto di ioni portano a una riduzione del fluido e del pH superficiali delle vie aeree, inibendo la clearance mucociliare e le difese innate per portare a infezioni croniche e concentrando mediatori infiammatori sulla superficie epiteliale. Dal New England Journal of Medicine, Ratjen F, Restoring Airway Surface Liquid in Cystic Fibrosis, Volume No. 354, 291–293. Copyright © 2006. Massachusetts Medical Society. Ristampato con il permesso della Massachusetts Medical Society.36 Abbreviazione: CFTR, regolatore di conduttanza transmembrana della fibrosi cistica.

La fibrosi cistica è il disturbo autosomico recessivo letale più comune nei caucasici, che dà luogo a sintomi clinici in più sistemi corporei . La terapia convenzionale per la FC prevede il monitoraggio della funzione polmonare, della nutrizione, della clearance delle vie aeree e del controllo delle infezioni. Nuovi trattamenti per la FC orale stanno fornendo ai medici la capacità di indirizzare i difetti CFTR sottostanti che sono presenti in mutazioni CFTR specifiche. Kalydeco è stato il primo agente «potenziatore» che attiva il CFTR difettoso sulla superficie cellulare. L'obiettivo principale di IVA è la proteina CFTR mutata in cui la glicina è sostituita dall'acido aspartico nella posizione 551 . Questa mutazione interrompe il gating del canale del cloruro. L'IVA ha consentito un primo passaggio a livello delle cellule epiteliali in cui è migliorato il flusso del canale ionico. Tuttavia, un'altra mutazione, Delta-F508 , determina una delezione di tre nucleotidi che si estendono sulle posizioni 507 e 508 del gene CFTR sul cromosoma 7. La mutazione provoca la perdita di un singolo codone per l'amminoacido fenilalanina e porta a pieghe e gating anormali del canale del cloruro sulle superfici delle cellule epiteliali . La correzione completa di questo difetto richiede la modifica della proteina CFTR che impiega ulteriori alterazioni molecolari con conseguente «terapia in due fasi».

Orkambi , un agente che contiene due composti è diventato ampiamente utilizzato. La combinazione di questi due agenti aumenta la deposizione della proteina CFTR sulle superfici cellulari con gli agenti che agiscono come chaperoni molecolari durante il ripiegamento delle proteine, con conseguente aumento del numero di proteine CFTR che vengono trasferite alle superfici delle cellule epiteliali.

Ulteriori agenti di correzione molecolare e molecole che miglioreranno la funzionalità e la stabilità del CFTR sulla superficie cellulare sono attualmente in fase di sviluppo. Più recentemente, in pazienti con F508Del omozigote, è stato riscontrato che il tezacaftor , un agente che presumibilmente sposta la proteina CFTR nella sua posizione corretta sulle superfici cellulari quando combinato con IVA , migliora Funzione polmonare CF e ridurre la frequenza delle esacerbazioni polmonari. I pazienti eterozigoti per F508del storicamente sono difficili da correggere con difetti CFTR significativi, che si verificano nella piegatura, apertura e stabilità sulle membrane cellulari. Sono in corso studi clinici per studiare i correttori di nuova generazione in cui l'IVA è legata molecolarmente a TEZ / IVA. Quando si utilizza questo farmaco combinato, la funzionalità del CFTR derivante dalla mutazione F508del è notevolmente migliorata. Gli studi clinici riportano risultati promettenti sia per gli individui omozigoti F508del che per gli eterozigoti F508del con mutazioni minime della funzione residua.

Struttura della molecola del regolatore di conduttanza transmembrana della fibrosi cistica , costituita da segmenti transmembrana, pieghe di legame del nucleotide e un dominio regolatorio . La ricerca iniziale e la modellazione molecolare hanno spinto molti medici e ricercatori della FC a credere che le mutazioni che rientrano in classi specifiche rispondano a tutti i composti CFTR farmacologici in modi simili. Tuttavia, quando questi agenti sono stati impiegati negli studi clinici e nell'approvazione post-FDA, i risultati non sono stati all'altezza delle aspettative.3 I composti CFTR possono essere adattati alle persone in base alla risposta della loro coltura cellulare ottenuta da test di laboratorio in vitro utilizzando un processo chiamato « teratipizzazione. » Nei prossimi anni, si spera che la teratipizzazione faciliti i trattamenti specifici per il paziente basati su nuovi biomarcatori. Questa revisione fornirà una revisione mirata delle attuali terapie modulatrici CFTR approvate dalla FDA federale e della ricerca che estendono la terapia CFTR alla più ampia popolazione CF.

Selezione dei pazienti e direzioni future nella modifica del CFTR

Ci sono numerose terapie attualmente in fase di sviluppo per la modifica della CFTR. I medici che trattano la FC incontreranno sempre più opportunità per la valutazione dei pazienti per la «terapia di modificazione della CFTR» e saranno in grado di monitorare la risposta a breve e lungo termine. Nell'uso di questi agenti, i medici devono monitorare attentamente le conseguenze come le interazioni farmacologiche, l'alterazione della funzionalità epatica e la formazione di cataratta nei pazienti più giovani. Inoltre, la costrizione toracica è una reazione avversa comune riconosciuta, specialmente nei pazienti con grave disfunzione polmonare.

Lo sviluppo clinico di nuovi modulatori CFTR per il trattamento della FC continuerà e sarà esteso alle nuove popolazioni di pazienti, comprese quelle con malattia meno stabilita. Le aspettative sono che queste terapie saranno estese alla CFTR disfunzionale derivante da altre mutazioni geniche. Diversi agenti correttori F508Del di nuova generazione sono in fase di sviluppo iniziale in cui l'obiettivo è la soppressione dei codoni di arresto prematuri e amplificatori molecolari progettati per aumentare ulteriormente le quantità di substrato proteico CFTR disponibile, consentendo così la successiva modifica da parte di altri farmaci.

I progressi nella conoscenza molecolare sono essenziali per la comprensione della «teratipizzazione». Nella teratipizzazione, un obiettivo importante è l'acquisizione di nuove importanti conoscenze molecolari che consentiranno la comprensione di altre mutazioni del gene CFTR non specificamente approvate attualmente per il trattamento. Man mano che la conoscenza di nuove mutazioni diventa disponibile, la tipizzazione farà progredire il trattamento delle popolazioni di pazienti CF precedentemente non trattabili.

biomarcatori

La disponibilità di alcune linee cellulari della malattia CF e la ricerca che indaga sui biomarcatori specifici della malattia recentemente scoperti che derivano da questo lavoro porterà all'approvazione federale della FDA di nuovi farmaci CFTR. I biomarcatori derivati da alcune fonti cellulari stanno guidando questa ricerca. Sulla base delle conoscenze precedenti derivate da anni di ricerca molecolare intensiva, la terapia IVA / lumacaftor è stata estesa a 23 ulteriori «mutazioni reattive» senza che la FDA richiedesse ulteriori studi clinici.25-29 La FDA è arrivata a questa conclusione da ulteriori importanti ricerche. Quando le cellule epiteliali bronchiali che possedevano «mutazioni non G551D» sono state esposte a IVA / lumacaftor in vitro, le risposte CFTR sono risultate simili a quelle osservate nelle cellule che possedevano la mutazione G551D derivante dalla ricerca originale.

selezione dei pazienti

Patients possessing G551D and other gating mutation.

homozygous patients

Heterozygous patients

R117H patients

F508Del homozygous patients

Orkambi è approvato dalla FDA per l'uso in pazienti omozigoti F508Del. Il componente molecolare correttore di Orkambi migliora e stabilizza le interazioni tra le porzioni di membrana di CFTR e un dominio di blocco dei nucleotidi . Questo dominio sopprime i difetti di ripiegamento della proteina CFTR che si verificano in questa particolare mutazione CFTR. Questa conoscenza ha fornito la possibilità di ottenere una correzione CFTR aggiuntiva aggiungendo un secondo correttore. La logica per l'utilizzo della combinazione lumacaftor / IVA si basa sui loro meccanismi d'azione complementari . In questo processo in due fasi, la correzione del ripiegamento della proteina CFTR e dell'apertura del canale è necessaria per il trattamento dei pazienti con F508DEL.

Con l'uso di lumacaftor / IVA, i medici che si prendono cura dei pazienti con la mutazione possono vedere un aumento assoluto fino al 3% del FEV1% e una notevole riduzione dei valori di cloruro nel sudore. Dal punto di vista del paziente, un effetto più pronunciato della combinazione lumacaftor / ivacaftor è sulla stabilità della malattia . La sicurezza e l'efficacia di lumacaftor / IVA sono state valutate in uno studio clinico di fase III. Lo studio clinico TRAFFIC era uno studio randomizzato, in doppio cieco, controllato con placebo su 559 pazienti CF che erano omozigoti per la mutazione F508Del. La durata dello studio è stata di 24 settimane. L'endpoint primario era un cambiamento nella funzione polmonare.

Lo studio clinico TRANSPORT è stato un altro RCT su 563 pazienti con FC, omozigote per la mutazione F508Del CFTR. La durata dello studio è stata di 24 settimane e l'endpoint primario era il cambiamento nella funzione polmonare. Sulla base di un'analisi dei dati aggregati dello studio, i pazienti che hanno ricevuto la terapia di combinazione hanno mostrato miglioramenti statisticamente significativi nella funzione polmonare, nonché aumento di peso e riduzioni delle esacerbazioni polmonari . L'uso di antibiotici per via endovenosa e i ricoveri sono stati ridotti. I pazienti hanno guadagnato peso nel tempo con un migliore indice di massa corporea .

Gli eventi avversi nella combinazione lumacaftor / IVA erano generalmente di natura respiratoria con dispnea e senso di costrizione toracica. Aumenti dei livelli delle transaminasi epatiche superiori a tre volte il limite superiore della norma sono stati osservati nel 5,2% dei pazienti trattati con placebo e nel 5,2% dei pazienti trattati con lumacaftor / IVA. Come risultato di questi risultati, si consiglia il monitoraggio della funzionalità epatica per il primo anno. Inoltre, si consiglia un dosaggio accurato dei farmaci di tipo azolico e della rifampicina se vengono utilizzati questi agenti.

TEZ / IVA è stato recentemente approvato per i pazienti con due copie della mutazione F508Del. In questo studio di Fase III, TEZ / IVA ha migliorato la funzione polmonare del ~ 3% –4% e ridotto l'esacerbazione polmonare. Si ritiene che Symdeko abbia meno interazioni farmacologiche e meno effetti collaterali come la costrizione toracica rispetto a Orkambi.2 Symdeko è anche approvato con mutazioni di gating CFTR responsive IVA. TEZ / IVA aiuta nella «disponibilità» di F508Del. La combinazione di Symdeko con IVA facilita l'apertura del canale CFTR sulle superfici epiteliali.

F508Del heterozygous patients

Al momento della stesura di questo documento, non è disponibile alcuna terapia modulatrice CFTR approvata dalla FDA per una copia di F508del o altre mutazioni del gene CFTR con funzione minima. Rowe et al hanno riportato riduzioni misurabili del cloruro nel sudore insieme a un miglioramento dei sintomi polmonari in pazienti con una copia di F508del e una seconda mutazione a funzione minima.6 In uno studio di Fase III di TEZ / IVA vs IVA da solo vs placebo in pazienti che avevano una copia di F508del e seconda mutazione con funzione residua, è stato osservato un miglioramento del 6,8% del FEV1% per TEZ / IVA rispetto a un 4,7% per l'IVA da solo .

Patients possessing G551D and other gating mutation

Kalydeco è approvato dalla FDA per l'uso in pazienti con mutazione G551D e per CFTR con 35 mutazioni aggiuntive. Essendo stato approvato nel 2012, i medici hanno la maggiore esperienza con questo agente. La somministrazione di Kalydeco è consigliata ogni 12 ore. Si consiglia ai pazienti di assumere le loro dosi con stuzzichini grassi come formaggio o yogurt. Kalydeco migliora il FEV1% del ~ 10% –15% in pochi giorni o settimane. Gli indici di massa corporea migliorano nei pazienti trattati con Kalydeco nell'arco di settimane o mesi. Sintomi come la tosse e la produzione di espettorato erano significativamente ridotti. Kalydeco ha ridotto il declino della funzione polmonare e ha stabilizzato la malattia CF. I valori di cloruro del sudore misurati nei pazienti CF trattati con questo agente sono stati drasticamente ridotti di 50 punti.4 Esistono alcune prove che suggeriscono che Kalydeco migliora la funzione pancreatica nei pazienti più giovani così come il tono della muscolatura liscia delle vie aeree.

IVA è stato il primo modulatore / potenziatore CFTR approvato dalla FDA per l'uso in pazienti con FC e alcune mutazioni genetiche. Si ritiene che l'IVA aumenti il tempo in cui i canali CFTR attivati sulla superficie cellulare rimangono aperti. Questa azione correggerebbe il funzionamento della CFTR nei pazienti con CF. La FDA ha approvato l'IVA per l'uso in pazienti con le seguenti mutazioni genetiche: G551D, R117H, G178R, S549N, S549R, G551S, G1244E, S1251N, S1255P e G1349D. L'efficacia e la sicurezza dell'IVA sono state valutate negli studi clinici di fase III. Lo studio clinico STRIVE era un RCT su 161 pazienti adolescenti / adulti con mutazione G551D. La durata dello studio è stata di 48 settimane e l'uso dell'IVA è stato associato a miglioramenti statisticamente significativi della funzione polmonare , meno esacerbazioni polmonari e sintomi respiratori ridotti.

ENVISION14 è stato un altro RCT in 52 pazienti pediatrici con Mutazione G551D. La durata dello studio è stata di 48 settimane e i pazienti che hanno ricevuto IVA hanno dimostrato un miglioramento statisticamente significativo della funzione polmonare. Da notare, la popolazione ENVISION era più giovane e più sana rispetto ai pazienti di STRIVE. I pazienti che hanno completato gli RCT sono stati in grado di continuare in un'estensione a lungo termine in aperto per a 96 settimane. I ricercatori hanno osservato benefici clinici sostenuti nei partecipanti allo studio. Uno studio di coorte osservazionale longitudinale GOAL15 ha seguito 151 pazienti che assumevano IVA. Di questi pazienti, il 29% che era risultato positivo alla coltura per Pseudomonas aeruginosa l'anno prima dell'uso dell'IVA era risultato negativo alla coltura l'anno successivo al trattamento. Inoltre, l'88% dei pazienti con coltura negativa è rimasto non infetto. Le probabilità di una coltura positiva di P. aeruginosa nell'anno successivo all'IVA rispetto all'anno precedente sono state ridotte del 35%.

Pazienti R117H

Kalydeco è approvato dalla FDA per R117H, una mutazione mista di gating e conduzione insieme a molte altre rare mutazioni che mostrano una risposta in vitro misurata in laboratorio.7 Lo splicing di R117H è influenzato da porzioni non codificanti del gene CFTR chiamato poly-T- tatto. La FC è più probabile quando quel tratto è più corto (chiamato 5T) piuttosto che 7T o 9T.

I pazienti possono interrompere gli aerosol inalati e le terapie di liberazione delle vie aeree mentre si trovano su un modulatore CFTR?

Non ci sono prove che i pazienti CF possano interrompere o alterare il loro attuale standard di cura mentre assumono modulatori CFTR. Una volta che saranno disponibili biomarcatori più sensibili, le alterazioni nella cura possono diventare più chiare su quali potenziali terapie possono essere interrotte durante la terapia con modulatori specifici fondamentali.

Modulatori CFTR tripletta

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Il successo delle terapie menzionate in precedenza insieme a una comprensione più fondamentale della patologia molecolare sottostante nella sintesi, nell'elaborazione, nel traffico e nella deposizione di CFTR sulle superfici cellulari ha identificato il fatto che CFTR può essere presente sulle superfici cellulari ma potrebbe non funzionare normalmente. L'ipotesi che la terapia di tripla combinazione fornirà una maggiore efficacia nella popolazione di pazienti F508Del è attualmente allo studio. Sono in corso studi di Fase II per valutare i «correttori di nuova generazione» con gli agenti di ricerca VX-440, VX-152 e VX-659 in regimi di tripla combinazione con TEZ e IVA nei pazienti CF.

Sono in corso studi di Fase II per valutare i «correttori di nuova generazione» con gli agenti di ricerca VX-440, VX-152 e VX-659 in regimi di tripla combinazione con TEZ e IVA nei pazienti CF. Lo studio di fase II di VX-440 è progettato per valutare la sicurezza e l'efficacia di un regime di dosaggio di 4 settimane di VX-440 in combinazione con TEZ / IVA in pazienti CF con una mutazione F508del e una mutazione con funzione minima, nonché pazienti con due copie della mutazione F508del. TEZ / IVA, VX-440, VX-152 e VX-659 finora riportano un'efficacia nell'intervallo del 9,6% -12% di miglioramento del FEV1 al dosaggio più alto in studi che vanno da 2 a 4 settimane sia per F508Del omozigote che per eterozigote popolazioni di pazienti. Questi dati evidenziano il potenziale per la «terapia tripla combinazione» di piccole molecole nella popolazione F508Del difficile da trattare. Si ritiene che i più recenti agenti a tripla combinazione che sono nelle prime sperimentazioni di Fase II abbiano effetti biologici additivi rispetto all'efficacia già stabilita di TEZ / IVA che aumenta l'efficacia e la disponibilità del CFTR sulle superfici epiteliali. I risultati preliminari con i modulatori CFTR di prossima generazione mostrano risultati promettenti in pazienti sia omozigoti che eterozigoti F508Del che possiedono una seconda mutazione non funzionale. Se questi composti tripletti mostrano successo nei futuri studi clinici di Fase III, i medici che si prendono cura di pazienti con FC avranno nuove opzioni per la terapia praticamente nel 90% dei pazienti con FC.

Le strategie attuali nei pazienti con mutazione F508Del sono focalizzate sullo sviluppo di composti amplificatori in grado di aumentare la quantità di molecole CFTR sulla superficie cellulare disponibili come bersagli terapeutici. I correttori di nuova generazione si concentrano sulla stabilizzazione di porzioni del gene F508Del per superare i molteplici difetti di ripiegamento che sono presente nei pazienti F508Del. Il successo di queste terapie dipende dalla stabilizzazione dei difetti riscontrati nelle mutazioni F508Del. Diversi correttori di nuova generazione sono attualmente testati in terapie a tripla combinazione insieme a TEZ / IVA in modelli preclinici e studi clinici di fase iniziale

La terapia TEZ / IVA è servita come base della terapia a tripla combinazione. Negli studi in vitro, anche i correttori di nuova generazione, inclusi VX-440, VX-152 e VX-659, sono stati caratterizzati con TEZ / IVA. L'efficacia in vitro della tripla combinazione nelle cellule epiteliali bronchiali umane F508Del / F508Del è simile a quella ottenuta con IVA nelle cellule F508Del / G551D-HBE, mentre quella sulle cellule HBE F508Del / MF è superiore a quella ottenuto con IVA nelle cellule HBE F508Del / F508Del. Il trattamento a tripla combinazione migliora il trasporto di cloruro, il trasporto di fluidi e aumenta la frequenza del battito ciliare in misura maggiore rispetto alla doppia combinazione di TEZ / IVA. Se questi risultati continuano ad essere presenti negli studi di Fase III in corso, tali terapie a tripla combinazione possono aumentare sostanzialmente l'efficacia clinica nei pazienti omozigoti F508Del a livelli simili ai miglioramenti osservati per IVA nei pazienti con G551D e mutazioni di gating. Queste terapie modulatrici CFTR a tripla combinazione possono salvare la funzione di F508Del promuovendo benefici clinici nei pazienti eterozigoti F508Del che hanno associato una mutazione funzionale minima sul secondo allele. I correttori della generazione di terapie triplette possono quindi espandere la frazione di pazienti CF che possono essere trattati con terapie modulatrici CFTR fino al 90% della popolazione totale di pazienti.

Biomarcatori specifici del paziente per la medicina di precisione nella terapia tripletta

I pazienti che hanno una o due copie di F508Del o due mutazioni CFTR non trattabili non sono ancora in grado di essere trattati con la terapia modulante CFTR. La progettazione della terapia per questi pazienti richiederà la risoluzione di molteplici difetti utilizzando terapie combinate. Il trattamento di questi pazienti può richiedere che le combinazioni siano specifiche del paziente. I nuovi composti modulatori di triplette CFTR richiederanno strumenti di screening affidabili e approcci di medicina personalizzata in grado di prevedere l'efficacia del farmaco. Colture epiteliali nasali e bronchiali e tessuti rettali di singoli pazienti CF hanno consentito la scoperta di farmaci e test utilizzando saggi in vitro come misurazioni elettrofisiologiche dell'attività CFTR e valutazione del movimento di ioni e fluidi.

I pazienti che hanno una o due copie di F508Del o due mutazioni CFTR non trattabili non sono ancora in grado di essere trattati con la terapia modulante CFTR. La progettazione della terapia per questi pazienti richiederà la risoluzione di molteplici difetti utilizzando terapie combinate. Il trattamento di questi pazienti può richiedere che le combinazioni siano specifiche del paziente. I nuovi composti modulatori di triplette CFTR richiederanno strumenti di screening affidabili e approcci di medicina personalizzata in grado di prevedere l'efficacia del farmaco. Colture epiteliali nasali e bronchiali e tessuti rettali di singoli pazienti CF hanno consentito la scoperta di farmaci e test utilizzando saggi in vitro come misurazioni elettrofisiologiche dell'attività CFTR e valutazione del movimento di ioni e fluidi.

Terapia antisenso dell'RNA

I modulatori CFTR sono pillole assunte per via orale che aiutano a migliorare la disponibilità e la funzionalità della proteina CFTR nell'epitelio. Un altro approccio consiste nell'utilizzare la terapia antisenso con RNA inalato che aiuta a far funzionare l'RNA in modo più efficace e a produrre una proteina CFTR funzionale. ProQR ha studiato questa terapia in un piccolo gruppo di pazienti che hanno inalato tre volte a settimana e hanno mostrato miglioramenti nelle funzioni polmonari e nei sintomi.

Sviluppi futuri

correttori, i potenziatori e gli attivatori CFTR sono allo studio nei pazienti CF per estendere le terapie a nuovi pazienti e per migliorare gli attuali modulatori CFTR approvati dalla FDA. Nuovi correttori di F508Del aggiunti a potenziatori e possibilmente farmaci in grado di migliorare la funzione delle mutazioni premature del codone di arresto e possibilmente amplificatori molecolari che creano una maggiore CFTR epiteliale disponibile per i modulatori su cui agire sono opzioni terapeutiche promettenti nella cura clinica della FC in futuro. La futura cura della FC richiederà la disponibilità di nuovi biomarcatori per poter prescrivere una corretta terapia modulatrice. Per la selezione di questi agenti saranno necessarie chiare linee guida per l'utilizzo di questa futura terapia. La creazione di partnership con i pazienti continuerà a essere una componente integrante nella selezione dei modulatori nei pazienti insieme alle terapie di mantenimento continue. Inoltre, nell'impiego di questi futuri agenti, un indice di clearance polmonare sarà uno strumento utile per la valutazione delle risposte cliniche.

Theratyping

I biomarcatori aiuteranno la ricatipizzazione in cui le risposte appaiate note in una classe di mutazione vengono confrontate con le risposte in una nuova classe di mutazione. La risposta alla combinazione TEZA / IVA nei pazienti con F508Del e P67L è possibile con la conoscenza delle basi molecolari dei modulatori e dei difetti genetici del CFTR.

conclusione

L'aumento del numero di modulatori CFTR per il trattamento della FC e ora con circa il 50% dei pazienti CF trattati con modulatori CFTR rende imperativo per i medici che si occupano dei pazienti CF avere familiarità con le tendenze attuali e future nella gestione. Farmaci come Kalydeco, Orkambi e Symdeko prendono di mira la mutazione CFTR più comune e affrontano le basi molecolari alla base della disfunzione CFTR. La terapia di combinazione con correttori di nuova generazione in aggiunta al background TEZA / IVA è promettente per il trattamento delle rare mutazioni funzionali CFTR. Nuovi biomarcatori e indice di clearance polmonare forniranno una comprensione dettagliata dell'impatto di queste terapie.

Gene CFTR e mRNA

CFTR è un gene lungo situato sul braccio lungo del cromosoma 7, in particolare in 7q31.2. È composto da 27 esoni codificanti, che coprono circa 190 kb di DNA genomico umano che viene trascritto in un mRNA CFTR di 6,2 kb. Nel database delle mutazioni della fibrosi cistica (database CFTR1) sono state riportate oltre 2.000 varianti del gene CFTR. Molti di loro potrebbero essere una variazione nella sequenza del DNA che non provoca né un difetto nell'mRNA o proteina CFTR né sintomi clinici. Ad oggi, 432 di queste varianti sono state annotate nella traduzione clinica e funzionale di CFTR (database CFTR2), di cui 352 varianti hanno confermato la responsabilità della malattia e 46 varianti hanno dimostrato conseguenze cliniche variabili. Molte altre varianti sono ancora insolite e gli strumenti in silico possono essere utili per prevedere le conseguenze cellulari e molecolari causate da queste alterazioni, mentre non sono confermate nei modelli cellulari. Alcune varianti possono anche essere patogene quando due o più mutazioni sono in cis, cioè allele complesso, contribuendo così ai fenotipi clinici variabili e alla reattività alle terapie modulatrici CFTR.

Dal gene alla struttura proteica. (A) Il gene del regolatore di conduttanza transmembrana CF (CFTR) si trova sul braccio lungo del cromosoma (Chr) 7. (B) Il gene contiene 27 esoni e si estende per circa 190 kb di DNA genomico umano. (C) L'mRNA è lungo 6,2 kb comprese le regioni non tradotte (adattato da Collins, 1992). (D) La proteina forma un canale cloruro / bicarbonato composto da cinque domini: due domini transmembrana (TMD1 e TMD2), due domini di legame nucleotidico (NBD1 e NBD2) e un dominio regolatorio (RD) (adattato da Lopes-Pacheco, 2016 ). (E) La struttura complessiva del CFTR umano nella conformazione defosforilata, priva di ATP (adattato da Liu et al., 2017 con il permesso del Prof. J. Chen). (F) Le 2.075 varianti del gene CFTR che sono state finora segnalate consistono in mutazioni missense (38,9%), frameshift (16,1%), splicing (11,1%) e nonsense (8,4%); eliminazioni o inserimenti in-frame (2,1%) e grandi (2,8%); mutazioni del promotore (0,9%); ed eventualmente varianti non patogene (13,0%) (adattato dal database CFTR1).

Proteina CFTR

L'mRNA CFTR si traduce in una proteina di 1.480 aminoacidi. Subito dopo il ripiegamento co- e post-traduzionale e la glicosilazione del nucleo nel reticolo endoplasmatico , la proteina CFTR traffica al complesso di Golgi, dove è completamente glicosilata. Successivamente, viene esportato nel PM apicale delle cellule epiteliali, dove funziona come un canale del cloruro e del bicarbonato . Questi glicani vengono modificati attraversando il complesso di Golgi e possono interagire con macromolecole extracellulari quando la proteina si trova al PM . Gli NBD presentano una sequenza altamente conservata per il legame e l'idrolisi dell'ATP, mentre il RD è altamente disordinato e ha sequenze multiple di consenso contenenti serine e treonine per la fosforilazione da parte della proteina chinasi A e della proteina chinasi C . Tra i 48 membri della famiglia di trasportatori umani ATP-binding cassette , CFTR è l'unico che possiede un RD e funziona come un canale anionico. Nuovi approfondimenti sui meccanismi di apertura e chiusura dei canali sono stati recentemente chiariti con la criomicroscopia elettronica dello stato della proteina fosforilata e defosforilata . Sebbene queste strutture non abbiano svolto un ruolo nello sviluppo dei modulatori CFTR fino ad oggi, tali risultati saranno molto utili per l'identificazione di hotspot per il legame con i farmaci e per l'applicazione della progettazione razionale dei farmaci modulatori di prossima generazione basati sulla struttura CFTR .

Mutazioni che causano CF e progressi nella medicina di precisione

La FC colpisce oltre 90.000 individui e sono distribuiti in modo eterogeneo in tutto il mondo. La F508del è la mutazione più diffusa che causa la FC, che colpisce circa l'82% della popolazione CF. Questa mutazione porta al misfolding della proteina CFTR che viene arrestata dal controllo di qualità ER, precludendone così l'elaborazione e il traffico al PM, essendo invece mirato e prematuramente degradato dai proteasomi. Tuttavia, una piccola frazione della proteina mutante può eludere i punti di controllo del controllo di qualità e raggiungere il PM; tuttavia, presenta ancora un gating difettoso e una notevole riduzione della stabilità proteica.

Demografia dei pazienti con fibrosi cistica in diversi paesi. (A) Distribuzione in base al numero totale di pazienti registrati. (B) Primi 10 paesi con il maggior numero di pazienti registrati. (C) Distribuzione in base alla prevalenza stimata di pazienti per 100.000 abitanti. (D) Primi 10 paesi con il maggior numero di pazienti ogni 100.000 abitanti. Distribuzione globale per sesso (E) e per età (F). [Dati compilati dall'ultimo rapporto del registro dei pazienti in Argentina, Australia, Brasile, Canada, Europa, Nuova Zelanda, Sud Africa, Regno Unito e Stati Uniti.

Demografia delle mutazioni del regolatore di conduttanza transmembrana della FC (CFTR) in diversi paesi. (A) Distribuzione in base alla percentuale di pazienti portatori della mutazione F508del in almeno un allele. (B) Distribuzione globale per genotipo CF: F508del-omozigote, F508del-eterozigote e portatore di mutazioni non F508del in entrambi gli alleli. (C) Le 25 mutazioni CFTR non-F508del più prevalenti considerando l'intera popolazione CF. [Dati raccolti dall'ultimo rapporto del registro dei pazienti in Argentina, Australia, Brasile, Canada, Europa, Nuova Zelanda, Regno Unito e Stati Uniti e database CFTR2].

Classi di mutazioni CF del regolatore di conduttanza transmembrana . Le mutazioni di classe I non portano a sintesi proteica o traduzione di forme accorciate e troncate. Le mutazioni di classe II portano a una proteina di ripiegamento errato che non riesce a raggiungere la stabilità conformazionale nel reticolo endoplasmatico e quindi non si trasferisce alla membrana plasmatica , essendo invece prematuramente degradata dai proteasomi. Le mutazioni di classe V portano a una riduzione dell'abbondanza proteica del CFTR funzionale a causa della ridotta sintesi o dell'inefficiente maturazione delle proteine. Derivano da mutazioni alternative di splicing, promotore o missenso. Le mutazioni di classe VI portano a una ridotta stabilità proteica al PM, che si traduce in un aumento dell'endocitosi e della degradazione da parte dei lisosomi e un ridotto riciclaggio nel PM.

Difetti cellulari e molecolari e potenziali approcci del modulatore del regolatore di conduttanza transmembrana CF (CFTR). Diagramma di flusso che mostra i passaggi per identificare ogni difetto cellulare e molecolare di una variante del gene CFTR e potenziali approcci terapeutici per correggere ciascuno di questi difetti. Abbreviazioni: A, abrogata; Io, alterato; N, normale; R, salvato.

Struttura chimica di diversi modulatori del regolatore di conduttanza transmembrana CF (CFTR) testati in studi clinici o attualmente sul mercato. I progressi nelle tecnologie di screening ad alto rendimento hanno consentito l'identificazione di piccole molecole da diverse serie chimiche. Oltre ai composti visualizzati in questa figura, anche i composti VX-121, ABBV-2737, ABBV-3067, FDL176 e PTI-808 sono in fase di studio in studi clinici

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TOMMASO MASTROPAOLO