Histone Deacetylase 6 (HDAC6) als een therapeutisch doelwit in de ziekte van Charcot-Marie-Tooth.

               De ziekte van Charcot-Marie-Tooth (CMT) is de meest voorkomende en erfelijke aandoening van het perifere zenuwstelsel met een prevalentie van 1 op 2500 mensen. Progressive degeneratie van motorische zenuwvezels geeft aanleiding tot motorische problemen. Typische symptomen zijn spierzwakte door het verlies van spiermassa, een abnormaal wandelpatroon en misvormingen aan handen en voeten. Ook de sensorische zenuwvezels worden aangetast en dit leidt tot het verlies van aanvoelen van temperatuursverschillen, aanrakingen en pijnsensatie. Als de sensorische zenuwvezels normaal functioneren en enkel de motorische axonen aangetast zijn, wordt er verwezen naar distale Hereditaire Motorneuropathie (distale HMN). Momenteel is er geen genezende behandeling beschikbaar voor CMT of distale HMN patienten.

               Eerder onderzoek in ons laboratorium toonde aan dat farmacologische inhibitie van het enzyme Histone Deacetylase 6 (HDAC6) een positief effect heeft op het herstel van de motorische en sensorische problemen van een muismodel voor CMT2, de axonale vorm van CMT. HDAC6 is gekend als het enzyme dat α-tubulin deacetyleert en speelt ook een belangrijke rol in axonaal transport. Bovendien zijn defecten van het axonaal transport in neuronen karakteristiek voor perifere neuropathieën. Gebaseerd op deze resultaten onderzochten we in dit project of HDAC6 kan dienen als een potentieel therapeutisch doelwit in distale HMN en CMT2. Deze onderzoeksvraag werd beantwoord op 2 verschillende manieren. Mutaties in meer dan 70 genen vormen de onderliggende genetische oorzaak van CMT en distale HMN.  Bijgevolg onderzochten we in het eerste deel van het project of farmacologische inhibitie van HDAC6 ook positieve effecten heeft in diermodellen representatief voor andere genetisch oorzaken van CMT2 en distale HMN. In het tweede deel richtten we het onderzoek op de vertaling van selectieve HDAC6 inhibitie in een klinische toepassing.

               Om de eerste onderzoeksvraag te beantwoorden, werden verschillende genetische muismodellen voor distale HMN of CMT2 geselecteerd. Hiermee werd nagegaan of selective inhibitie van HDAC6 de motorische en sensorische gedragsproblemen van deze diermodellen kan herstellen. Eerst concentreerden we ons op mutaties in ‘small Heat Shock Protein B1’ (HSPB1) als oorzaak van distale HMN. Ons laboratorium ontwikkelde en karakteriseerde een muismodel dat, door de neuron-specifiek expressie van P182L mutant HSPB1, een distale HMN fenotype ontwikkelt. Vervolgens kozen we een muismodel dat een endogene mutatie bevat in het coderende gen voor ‘glycyl-tRNA synthetase’ (Gars) en hierdoor motorische en sensorische problemen ontwikkelt die gelijkaardig zijn aan CMT2D in patiënten.

               In beide muismodellen voor distale HMN en CMT2 konden we aantonen dat farmacologisch inhibitie van HDAC6 de motorische en sensorische problemen herstelde zowel op gedrags- als op elektrofysiologisch niveau. Bovendien lieten deze diermodellen ons toe om te onderzoeken of bepaalde pathologische defecten aanwezig zijn in deze verschillende genetisch modellen en dus deel zijn van een gemeenschappelijk mechanisme oorzakelijk voor distale HMN en CMT2. Meer specifiek, we vonden dat een daling in geacetyleerd α-tubulin niet alleen aanwezig was in de ischiadicus zenuw van de mutant HSPB1-geïnduceerde CMT2/distale HMN muismodellen (zoals eerder aangetoond) maar ook terug te vinden was in het mutant Gars-geïnduceerde CMT2 muismodel. Bovendien was het axonale transport van mitochondriën verstoord in primaire celculturen van Dorsale Wortel Ganglia (DWG) neuronen van deze muismodellen. Deze resultaten geven aan dat gedaalde acetylatie van α-tubulin en defecten in mitochondriaal transport deel zijn van een gemeenschappelijk mechanisme onderliggende aan degeneratie van perifere zenuwen.

               In het tweede deel van het project werd er gefocusd op de translatie van HDA6 inhibitie in een klinische therapeutische toepassing. Daartoe ontwikkelde we een screening methode, gebaseerd op de pathologische bevindingen van het mutant HSPB1-geïnduceerde muismodel. Met behulp van deze methode konden we nieuw ontwikkelde inhibitoren van HDAC6 karakteriseren die verbeterde farmacokinetische eigenschappen bezitten in vergelijking met de bestaande moleculen. Alle chemische structuren waren gelijkaardig in hun functionele groep, namelijk een hydroxamaat, maar verschillenden allen in het deel van het molecule dat interageert met de oppervlakte van HDAC6, namelijk de oppervlakte groep. Deze compound screening resulteerde in een selectie van 3 moleculen, geïdentificeerd als zowel potente als selectieve inhibitoren van HDAC6. Deze inhibitoren zorgden ook voor een verbetering van de motorische en sensorische problemen van het mutant HSPB1-geïnduceerde CMT2 muis model. Bovendien wordt een van deze compounds momenteel getest in fase II klinische studies voor ‘multiple myeloma’. Dit gegeven kan de toepassing van deze HDAC6 inhibitor als farmacologische therapie voor CMT patiënten versnellen.

               Tot slot, vanuit dit onderzoek konden we aantonen dat selective inhibitie van HDAC6 resulteert in positieve effecten op de motorische en sensorische problemen van verschillende genetische muismodellen voor distale HMN en CMT2. Deze data verder ondersteunen het therapeutisch potentieel van farmacologische inhibitie van HDAC6 in specifieke subtypes van distale HMN en CMT2 patiënten. Bovendien stimuleren deze resultaten verder onderzoek naar de effecten van HDAC6 inhibitie in andere vormen van distale HMN en CMT met het oog op de ontwikkeling van een behandeling voor deze patienten. Bovendien toonden we aan dat een daling in de acetylatie van α-tubulin en mitochondriaal axonaal transport defecten deel zijn van een pathologie gemeenschappelijk aan mutant HSPB1-geïnduceerde distale HMN/CMT2 en mutant Gars-geïnduceerde CMT2. Dit wijst op een gemeenschappelijk mechansime onderliggend aan perifere neuropathie waaring gedeacetyleerd α-tubulin en axonaal transport defecten een rol kunnen spelen. Vanuit onze screeningsmethode identificeerden we ACY-1215 als een potente en selectieve HDAC6 inhibitor voor de behandeling van distale HMN en CMT2.