Zidentyfikowanie leku na bazie małych cząsteczek, który może skutecznie leczyć (lub potencjalnie wyleczyć) pacjentów z niedokrwistością sierpowatokrwinkową (SCD) na całym świecie, jest czymś w rodzaju Świętego Graala w badaniach hematologicznych i odkrywaniu leków w szerszym ujęciu. Po ponad dekadzie wysiłków naukowcy z Novartis Institutes for BioMedical Research (NIBR) informują o zidentyfikowaniu i szeroko zakrojonych testach kandydata na lek na bazie małych cząsteczek, który ma potencjał leczenia pacjentów z SCD poprzez zwiększenie poziomu hemoglobiny płodowej (HbF).

Badania opublikowane dzisiaj w Nauka w raporcie zatytułowanym „A molecular glue degrader of the WIZ transcription factor for fetal hemoglobin induction” kierowała Pamela Ting, dr, zastępca dyrektora hematologii w NIBR. Ting kieruje zespołem 40 współautorów, w tym Jay Bradner, dr n. med., były prezes NIBR, który opuścił firmę w 2022 r. i dołączył do Amgen pod koniec zeszłego roku. Opracowywanie leków małocząsteczkowych na SCD jest od dawna zainteresowaniem Bradnera, sięgającym prawie 15 lat wstecz badania, które przeprowadził nad inhibitorami deacetylazy histonowej we współpracy z doktorem Stuartem Schreiberem i współpracownikami z Broad Institute.

Przez ostatnią dekadę lub dłużej, przed jej przybyciem do firmy w 2015 r., Ting szacuje, że Novartis przebadał około dwóch milionów związków w poszukiwaniu obiecującego związku do wprowadzenia do kliniki. Po drodze firma krótko realizowała własną strategię edycji genów CRISPR, podążając podobną ścieżką, jaką obrała Vertex Pharmaceuticals, rozwijając Casgevy poprzez zwiększenie produkcji HbF. (Chociaż Novartis i współpracownicy opublikowali obiecujące wstępne dane kliniczne w zeszłym roku, firma zdecydowała się odłożyć program edycji genów.)

Pomimo niezwykłego sukcesu klinicznego metody CRISPR ex vivo – pierwszego amerykańskiego pacjenta w badaniu Vertex, Victoria Gray świętowała piątą rocznicę transfuzji komórek macierzystych na początku tego tygodnia – jasne jest, że ta wymagająca (i kosztowna) strategia ex vivo nie pomoże milionom pacjentów w Afryce i poza nią – kwestia, którą Ting i jego współpracownicy podkreślili w swoim raporcie Nauka.

„Niestety” – piszą Ting i jej współautorzy – „istnieją poważne wyzwania dla [hematopoietic stem and progenitor cell] terapii, aby dotrzeć do większości pacjentów z SCD, którzy mieszkają w społecznościach o niedostatecznej opiece medycznej oraz w krajach o niskich i średnich dochodach. Bezpieczne, skuteczne i globalnie dostępne leki indukujące HbF pozostają zatem ważną niezaspokojoną potrzebą”.

Powiedział dr Fiodor Urnow, dyrektor ds. technologii i tłumaczeń w Instytucie Innowacyjnej Genomiki GEN że zatwierdzenie Casgevy’ego w 2023 r. dostarczyło ostatecznych dowodów klinicznych, że strategia zwiększania poziomu HbF jest „bezpiecznym i skutecznym podejściem do rozwiązywania głównych objawów niedokrwistości sierpowatokrwinkowej”. Nowa praca opiera się na temacie modulacji czynnika transkrypcyjnego w celu zwiększenia poziomu HbF, ale tym razem przy użyciu małej cząsteczki. „Nawet osoby, które żyją i oddychają CRISPR, zgodzą się, że w ostatecznym rozrachunku taka mała cząsteczka mogłaby mieć szerszy zasięg globalny niż edycja genów” — powiedział Urnov.

„Istnieje pilna potrzeba doustnych środków, które mogą skuteczniej indukować hemoglobinę płodową” – zgodził się hematolog Vijay Sankaran, MD, PhD, profesor pediatrii w Harvard Medical School. (Sankaran odegrał kluczową rolę w utrwaleniu strategii regulacji HbF w leczeniu SCD 15 lat temu). Nazwał nowy raport Novartis imponującym i „ekscytującym dziełem, które identyfikuje obiecujący nowy cel indukcji hemoglobiny płodowej”.

Czas ekranowy

Badanie firmy Novartis wpisuje się w kategorię znaną jako „molekularna farmakologia klejowa”. Naukowcy uznali, że bardzo niewielkie modyfikacje struktury chemicznej klasy związków leków, które pośredniczą w ukierunkowanej degradacji białek (TPD), mogą znacząco wpłynąć na wybór białka do degradacji. (Dobrym przykładem jest praca opublikowana w zeszłym roku przez współpracowników firmy Novartis na temat odkrycie selektywnych degraderów kleju do immunoterapii nowotworów).

„To był wielki skok koncepcyjny” – wyjaśnił Ting. „Można było wykonać tylko trochę pracy wokół podstawowej struktury, a następnie szeroko szukać zmian w selektywności substratu”.

Dodała: „Postanowiliśmy, że jeśli to [chemical] biblioteka jest w stanie odurzyć nową klasę czynników transkrypcyjnych, to powinniśmy pomyśleć o tym, jak możemy zastosować ją do odwiecznego problemu, który w istocie jest pytaniem, jak regulować geny? I czy możemy ukierunkować czynniki transkrypcyjne, aby regulować ekspresję genów?”

Zespół Tinga rozpoczął przeszukiwanie biblioteki prawie 3000 związków, które są ukierunkowane na cereblon, składnik kompleksu ligazy ubikwityny E3, który bierze udział w ukierunkowanej degradacji białka. Korzystając z testu komórkowego, który wykrył wzrost HbF) w erytroblastach, naukowcy z Novartis zidentyfikowali dziesiątki kandydackich cząsteczek, zanim zawęzili listę i skupili się na „związku C” w celu dalszych badań.

Po tym, jak eksperymenty spektrometrii masowej wykazały, że ta substancja chemiczna była ukierunkowana na czynnik transkrypcyjny WIZ, grupa Tinga zmieniła nazwę kandydata na lek na dWIZ-1. Cel WIZ został jednoznacznie potwierdzony przez eksperymenty z wybijaniem genu CRISPR. Podsumowując, wyniki te sugerowały, że WIZ był wcześniej nierozpoznanym represorem ekspresji HbF. dWIZ-1 mógł rekrutować WIZ do kompleksu ligazy ubikwityny-cereblonu, aby wywołać ukierunkowaną degradację białka. Naukowcy z Novartis kontynuowali eksperymenty ze zmodyfikowaną cząsteczką zwaną dWIZ-2.

Ten Nauka raport jest pełen różnych typów eksperymentów — testów molekularnych, modeli myszy i naczelnych innych niż człowiek, modelowania białek przy użyciu AlphaFold i krystalografii rentgenowskiej. Częścią uzasadnienia, mówi Ting, „było przekonanie samych siebie, że przy każdym pomiarze, o jakim pomyślimy, możemy zobaczyć powtarzalny efekt”.

Niektóre z najważniejszych danych w raporcie to wyniki podawania dWIZ-2 trójce makaków jawajskich. W tym badaniu in vivo monitorowano zwierzęta przez 28 dni i wykazano solidną regulację w górę genu γ-globiny i produkcję HbF w praktycznie wszystkich retikulocytach obwodowych. „Zaobserwowaliśmy niemal pankomórkową ekspresję HbF, co jest bardzo obiecujące” — powiedział Ting, i żadnych oznak cytotoksyczności. Co ciekawe, jedno z trzech zwierząt zostało określone jako nieodpowiadające na leczenie. Ting nazywa je „najfajniejszą małpą, ponieważ czuję, że musi nam coś mówić, a ja nie wiem, co to jest!”

Zespół Novartis znalazł dowody na wiązanie WIZ bezpośrednio w locus β-globiny, co było nieoczekiwane. „Widzenie WIZ po raz pierwszy jest dość zaskakujące w przypadku tak dogłębnie zbadanego locus” — powiedziała Ting. „Z jakiegoś powodu locus globiny wydaje się być wysoce wrażliwy na utratę WIZ”. Co uderzające, dodaje, to to, że „istnieje stosunkowo silne nakładanie się z miejscami wiązania dla BCL11A”, czynnika transkrypcyjnego, który Vertex skutecznie wykorzystuje w swojej terapii komórkowej Casgevy’ego.

„Właśnie tam umieszczamy to w artykule, jako pewną zachętę, coś, co mamy nadzieję, będziemy mogli dalej badać w przyszłości i co zainspiruje innych do zgłębienia tematu”.

Zrywacz umowy

Jak Ting chętnie przyznaje, wciąż pozostaje wiele pytań bez odpowiedzi, w tym specyficzność hamowania. WIZ naturalnie wiąże się w wielu miejscach genomu, w tym w kilkunastu lub więcej w klastrze genu β-globiny. „Z jakiegoś powodu, gdy modulujemy WIZ, efekty są dość umiarkowane i dość łagodne” — powiedział Ting. A wyniki u naczelnych innych niż człowiek dobrze wróżą. „Mamy nadzieję, że dzięki tym nowym sondom chemicznym jest to coś, co będziemy mogli nadal badać i rozumieć w dłuższej perspektywie” — mówi Ting.

„Myślę że [Novartis] podejście jest obiecujące, ale przy obecnych danych trudno jest stwierdzić, jakiego stopnia indukcji HbF doświadczy człowiek”, powiedziała Vivien Sheehan, dr n. med., dr n. med., adiunkt i dyrektor Sickle Cell Translational Research w Emory University School of Medicine w Atlancie. Sheehan, która po raz pierwszy usłyszała te wyniki zaprezentowane na konferencji American Society of Hematology pod koniec zeszłego roku, chciałaby zobaczyć dodatkowe dane ilościowe, w tym pomiary HbF przy użyciu wysokosprawnej chromatografii cieczowej. Zauważa również, że „brak mielosupresji jest obiecujący w przypadku potencjalnej terapii skojarzonej z hydroksykarbamidem”.

Sankaran ostrzega, że ​​niespecyficzne efekty ukierunkowania na WIZ prowadzą do zmian ekspresji setek genów w erytroblastach. „Potrzebne są dalsze badania przed i w trakcie badań klinicznych na ludziach” — powiedział. Konieczna będzie rygorystyczna ocena bezpieczeństwa systemowej degradacji WIZ. „To może być decydujące” — mówi Sheehan.

Zrozumiałe, że Ting nie chciałaby wyznaczać harmonogramu postępów w klinice, ale jej komentarze końcowe podkreśliły wiarę jej zespołu w program. „Na czym teraz naprawdę się skupiamy, to upewnienie się, że znaleźliśmy cząsteczkę, która naprawdę może dotrzeć do pacjentów” — powiedziała. „Jesteśmy bardzo oddani pacjentom z anemią sierpowatą na całym świecie. Widzimy niezaspokojone potrzeby” — powiedziała. „Robimy postępy tak szybko, jak to możliwe, i naprawdę mamy oko na lek, który dotrze do pacjentów tam, gdzie są”.

Niemniej jednak, podczas gdy lek na bazie małych cząsteczek powinien okazać się bardziej przystępny cenowo i dostępny w krajach, w których żyje większość osób z SCD, Urnov z IGI ostrzega, że ​​dostęp do terapii lekowych poza USA nie jest w żadnym wypadku gwarantowany. Na przykład dekadę temu Gilead obniżył cenę swojego leku Solvadi o prawie 99 procent, aby zapewnić sensowny dostęp pacjentom z zapaleniem wątroby w Egipcie. Badanie firmy Novartis, jak mówi Urnov, oferuje „ważną okazję do zastanowienia się nad tym, jak rozwiązać to wyzwanie, kiedy i jeśli lek oparty na tej pracy zostanie zatwierdzony w USA”