Hutchinson-Gilford Progeria Sendromu ve Tedavi Stratejileri

Hutchinson-Gilford Progeria Sendromu veya Türkçede bilinen adıyla erken yaşlanma hastalığı, Orphanet verilerine göre görülme sıklığı 1/1.000.000 olan nadir bir genetik hastalıktır. Şu anda Dünya üzerinde yaklaşık 400 progeria hastası olduğu tahmin edilmektedir. Hastalığın sebebi; çekirdek zarının yapısına katılan laminleri sentezlemekten sorumlu olan LMNA geninin lamin A ve lamin C’yi sentezlemekten sorumlu olan 11. eksonunda meydana gelen bir nokta mutasyonudur. Bu mutasyon sonucunda fonksiyonel lamin A sentezlenemez. Onun yerine hücrelerde çeşitli toksik etkilere ve yaşlanma semptomlarına sebep olan progerin proteini sentezlenir.

Otozomal dominant bir hastalıktır, kalıtsal değildir, ebeveynlerden yavrulara aktarılmaz, bu hastalığa sahip olmanın bilinen tek yolu LMNA geninde meydana gelecek olan nokta mutasyonudur. Hasta çocuklar, doğumda ve hemen sonrasında normal görünürler, hastalık belirtileri yaşamlarının ilk iki yılından itibaren görülmeye başlanır. Hastalığın semptomları arasından bazıları şunlardır; saç kaybı, başın yüze oranla büyük olması, saçlı deride damarların belirgin olması, belirgin gözler, uzamış diş yapısı, kirpik ve kaşların dökülmesi, yaşlı görünen bir cilt, yağ kaybı, eklem sertliği, kardiyovasküler hastalıklar (örn; ateroskleroz), osteoporoz, büyüme geriliği. Hastalıktan mustarip çocukların ortalama yaşam beklentisi 14,5 yıldır. En çok görülen ölüm nedenleri ise kalp krizi ve inmedir.

Hastalığın Mekanizması

LMNA geni, nükleer laminanın yapısal bileşenleri olan ara filament proteinleri lamin A ve C'yi kodlar. Lamin A, çekirdeğin yapısına katılan bir nükleer proteindir. Prelamin A adı verilen bir öncü olarak sentezlenir. Prelamin A, C-terminali üzerinde farnesil transferaz (FTase) ile farnesilasyona uğrar. Ardından metalopeptidaz ZMPSTE24 tarafından kalan 3 amino asidin bölünmesi dahil olmak üzere çok aşamalı bir çeviri sonrası işleme tabi tutulur. C-terminal sistein daha sonra izoprenilsistein karboksilmetiltransferaz (ICMT) tarafından karboksimetillenir. Son olarak, son 15 amino asit, farnesillenmemiş, olgun lamin A'yı üretmek için ZMPSTE24 tarafından tekrar bölünür.

Progerin oluşumuna yol açan anormal olay ise, translasyon sonrası işlem sırasında normalde farnesillenmiş karboksi terminalini prelamin A'dan çıkarmak için kullanılan ZMPSTE24 bölünme bölgesinin silinmesidir. Farnesil grubu prelamin A’dan uzaklaştırılamaz ve sonuç olarak, kalıcı olarak farnesile edilmiş progerin, anormal şekilde nükleer laminaya dahil olur ve orada kalır. Ayrıca bu olayın progeria'dan bağımsız olarak, normal insan yaşlanmasında da rol oynadığı düşünülmektedir.

Hücresel Düzeyde Etkiler

DNA onarım mekanizmaları bozulur, reaktif oksijen türü üretimi artar, mitokondriyal işlev bozukluğu, periferik heterokromatin kaybı, telomer yıpranması ve azalmış proliferasyon görülür. Progerin miktarının artması, mitoz bölünme ve DNA hasar sinyalini düzenleyerek erken hücre ölümüne, telomer kısalmasına ve yaşlanmaya yol açar. Kan damarlarının ve bağ dokusunun sertleşmesine neden olur.

Mevcut Tedavi Yaklaşımları

1. FARNESİLTRANSFERAZ İNHİBİTÖRLERİ (FTI)

Farnesiltransferaz inhibitörleri, farnesiltransferaz CAAX bağlanma bölgesine geri dönüşümlü olarak bağlanan küçük moleküllerdir. Lonafarnib etken maddesi bir farnesiltransferaz inhibitörüdür. Farnesilasyonu bloke eder, progerin üretimini ve toksisitesini azaltır. FDA tarafından 20 Kasım 2020 de onaylanan lonafarnib etken maddeli Zokinvy ticari isimli ilaç şu ana kadar onaylanmış tek ilaçtır. Klinik denemelerde, ilacın 3 yıl kullanımında yaşam ömrünü ortalama 3 ay arttırdığı, 11 yıl kullanılmaya devam edildiğinde yaşam ömrünü yaklaşık 2,5 yıl uzattığı ortaya konmuştur. Lonafarnib, progerin üretimini ve birikimini engelleyerek verdiği zararı ve erken yaşlanmayı yavaşlatır ancak oral yolla kapsüller şeklinde alınan ilaç progerin üretimini tamamen engelleyemez. Kusma, ishal ve yorgunluk gibi yan etkilerinden kaynaklı da hastanın alabileceği miktar sınırlı kalmaktadır. Bu sebeple Lonafarnib’in etkinliği düşük bir ilaç olduğu söylenebilir.

FTI'lerin Etkisi Neden Düşüktür?

Farnesilasyon ve geranilgeranilasyon birbirine çok benzer iki reaksiyon türüdür. Bu iki reaksiyon, prenilasyon reaksiyonları olarak bilinir. Progerin üretiminin ana yolağı farnesilasyon reaksiyonu üzerinden ilerlese de FTI’ler ile farnesilasyonun engellenmesi sonrasında alternatif bir yolak olan geranilgeranilasyon yolağının devreye girdiği düşünülmektedir. Bu hipotezi sınamak için hem farnesiltransferaz inhibitörünün (FTI-277) hem de geranilgeraniltransferaz I inhibitörünün (GGTI-2147) aynı anda mevcut olduğundaki etkisi, her bir inhibitörün tek başına etkisi ile karşılaştırılmıştır. Ve iki inhibitörün de mevcudiyetinin önemli miktarda prelamin A birikimine yol açtığı görülmüştür. Böylelikle hipotezin doğruluğuna dair bir kanıt elde edilmiştir.

Bu kanıtlar doğrultusunda hem protein farnesilasyonunun hem de geranilgeranilasyonun bloke edilmesinin, FTI'lere direnç kazandıran alternatif prenilasyon olaylarının olasılığını en aza indirebileceği düşünülmüştür. Fakat, iki inhibitörün aynı anda kullanılmasıyla prelamin A birikiminde aşırı derecede bir artış olması ve bunun ölümcül toksisiteye yol açması ihtimali de göz önüne alındığında bu konudaki çalışmalarda dikkatli olunmalıdır.

1. STATİNLER VE BİFOSFONATLAR

Statinlerin progeria tedavisinde kullanılma sebebi, FTI’lerde olduğu gibi hücrelerde progerin üretimini engellemektir. Yapısal olarak HMG-KoA redüktazın substratı olan HMG-KoA’ya benzeyen statinler, HMG-KoA ile yarışmalı inhibisyona girerek HMG-KoA redüktaza bağlanır ve böylece kolestrol biyosentez yolağını inhibe eder.

Zoledronat gibi nitrojen içeren bifosfonatlar, mevalonat yolağında FPP sentazı inhibe ederek protein prenilasyonunu da inhibe etmiş olur. Böylece farnesillenmiş proteinlerin üretimi engellenmektedir.

Zolendronat/pravastatin ve lonafarnib kombinasyonunun faz 2 çalışmaları yapılmaktadır.

Yeni Tedavi Yaklaşımları

1. Progerin mRNA üretimine yol açan mRNA öncesi anormal uç birleştirmeyi (splicing) inhibe etmek

• Antisens oligonükleotitler

• Metformin

• MG132

Antisens Oligonükleotitler (AON)

Morfolino antisens oligonükleotitleri kullanan bir antisens terapötik yaklaşımının progerin üretimine yol açan anormal LMNA ekleme (splicing) bölgesini sterik olarak bloke etmedeki etkinliği, daha önce insan HGPS hastalarının hücrelerinde in vitro ve bir knock-in LmnaG609G/G609G fare modeli üzerinde in vivo olarak kanıtlanmıştır.

Mutasyona uğramış exon 11’ın aktivasyonunu engellemek için exon 11’i hedef alan “MmEx11” ve onun etkisini güçlendirmek için exon 10’u hedef alan “MmEx10” isimli iki antisens oligonükleotitin kombine halde uygulanması test edilmiş . Bu çalışma sonucunda ekleme olayı (splicing) lamin C üretimine kaydırılmış.

Mekanistik çalışmalar, ekson 11 sekanslarının serin/arginin açısından zengin ekleme faktörü 2 (SRSF2) için bağlanma bölgeleri içerdiğini ve SRSF2 yıkımının hücrelerde ve murin dokularında lamin A üretimini azalttığını ortaya çıkarmıştır. Ayrıca, ekson 11 antisens oligonükleotit uygulanmasının, vahşi tip farelerde lamin A ekspresyonunu ve bir HGPS fare modelinde (LmnaG609G/609G) progerin ekspresyonunu azalttığı görülmüştür.

Metformin ve MG132

2011 yılında, RNA bağlayıcı protein SRSF-1'in (Serin/arginin-Zengin Ekleme Faktörü 1) bu anormal alternatif eklemeyi (splicing) desteklediği gösterildi. Öte yandan, SRSF-1 ekspresyonunun antidiyabetik ilaç Metformin tarafından transkripsiyonel olarak düzenlendiği gösterilmiştir.

MG132'nin progerin bozulmasına yol açan makrootofajiyi etkinleştirmeye ek olarak, SRSF-1'in down regülasyonu yoluyla progerin üretimini güçlü bir şekilde azalttığı ve prelamin A mRNA anormal eklemesini (splicing) kontrol ettiği bildirilmiş.

1. Hastalığa neden olan mutasyonu doğrudan onarmak

Gen Tedavisi

Doku kültürü modeli çalışmaları ve ardından hayvan modeli çalışmaları, progerin ekspresyonunu bloke edersek, lamin A ekspresyonunu da bloke etmiş olsak da, başlangıçtaki hastalık modeline kıyasla hala faydalı olduğunu ortaya koydu.

Nöronal Dokuların Doğal Gen Tedavisi Stratejisi

İnsan nöronal dokularının HGPS fenotipinden etkilenmediği görülmüş. Bu fenomenin moleküler arka planı, mikroRNA tarafından lamin A ve progerin transkriptlerinin spesifik, epigenetik susturulmasına dayanıyor. miR-9, lamin A ve progerin proteininin ifadesini susturarak nöronları hastalıktan uzak tutar ve normal işleve izin verir. Bu mekanizmada en önemli aktif partikülün, nöronlardaki nispi bolluğuna bakılarak, miR9-5p olduğu düşünülmektedir. Nöronlarda zaten doğal bir “gen tedavisi” stratejisi bulunduğu görülmektedir. Buradan hareketle, gen tedavisi için böyle bir stratejinin işe yarayabileceğine dair bir kanıtımız bulunmaktadır.

Homolog Rekombinasyon

Homolog rekombinasyon kullanılarak HGPS hasta hücreleri ile gen düzeltme tekniği test edilmiştir. CRISPR/Cas sisteminin (kendi kendini devre dışı bırakan Cas ile) kullanılmasının, in vivo verimliliği önemli ölçüde artıracağı ve yan etkileri azaltacağı düşünülmektedir. Bu stratejiyi tüm ekson 11 değiştirmede hedeflemenin de yan etkileri en aza indireceği öngörülmektedir. Ancak yine de, örneğin verimliliği artırmak için mutant alelin nasıl hedefleneceği veya hedef dışı değişikliklerin nasıl en aza indirileceği gibi ele alınması gereken birçok teknik sorun olacaktır.

Tabloda özetlenmiş olan tedavi yaklaşımları görülmektedir. Bunların dışında gen tedavileri, RNA interferans ve oligoRNA‘lar da denenmektedir. Gen tedavisi çalışmaları bu hastalıkla ilgili denenen yeni tedavi stratejilerinden olsa da spesifikliklerinin sağlanabilmesi halinde yan etkileri azaltma ve diğer tedavi stratejilerine kıyasla etkinliklerinin daha yüksek olması potansiyelleri mevcuttur.

Kaynaklar ve İleri Okuma

1. Piekarowicz, K., Machowska, M., Dzianisava, V., & Rzepecki, R. (2019). Hutchinson-Gilford progeria syndrome—current status and prospects for gene therapy treatment. Cells, 8(2), 88.

2. Harhouri, K., Frankel, D., Bartoli, C., Roll, P., De Sandre-Giovannoli, A., & Lévy, N. (2018). An overview of treatment strategies for Hutchinson-Gilford Progeria syndrome. Nucleus, 9(1), 265-276.

3. Lee, J. M., Nobumori, C., Tu, Y., Choi, C., Yang, S. H., Jung, H. J., ... & Fong, L. G. (2016). Modulation of LMNA splicing as a strategy to treat prelamin A diseases. The Journal of clinical investigation, 126(4), 1592-1602.

4. ORPHA:740