Desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas para o tratamento da mucopolissacaridose tipo I

Abstract

A Mucopolissacaridose I (MPS I) é uma doença autossômica recessiva causada por mutações no gene da alpha-L-iduronidase (IDUA), o que leva a uma atividade enzimática baixa ou nula. O principal tratamento é a terapia de reposição enzimática (TRE), que tem limitações como o alto custo, a necessidade de infusões repetidas e a ineficácia do tratamento dos sintomas neurológicos dos pacientes com a forma grave da doença. Novas estratégias terapêuticas são necessárias para superar esses obstáculos. A tradução alternativa tem potencial para aumentar a atividade enzimática, uma vez que há supressão de mutações sem sentido, permitindo que a proteína seja totalmente traduzida. Outra possibilidade é a aplicação de estratégias de nanoestruturação, as quais podem aumentar a eficiência enzimática e a biodistribuição, podendo representar uma redução da dose. Neste trabalho, abordamos ambas as estratégias em dois estudos. No primeiro, fibroblastos de três pacientes com MPS I foram tratados com geneticina, um conhecido indutor de misreading, e cloranfenicol, um inibidor da peptidil transferase que também pode atuar da mesma forma. A geneticina não foi capaz de aumentar a atividade ou expressão de IDUA, enquanto o cloranfenicol aumentou 100 vezes apenas nos fibroblastos heterozigotos compostos. O sequenciamento de cDNA sugere que os alelos com mutação sem sentido são alvo do nonsense mediated mRNA decay, o que indica que o cloranfenicol atua através de um mecanismo que não a tradução alternativa. Este fármaco é capaz de ultrapassar a barreira hematoencefálica, podendo ser utilizado como adjuvante à TRE. No segundo estudo, utilizamos uma nanocápsula de núcleo lipídico e paredes múltiplas revestidas com quitosana e íons de Fe2+que permitem a ligação química com a Laronidase. A enzima nanoestruturada apresentou maior Vmax e Kcat e foi capaz de produzir maior quantidade de produto. Ela não apresentou citotoxicidade na dose utilizada in vivo e foi internalizada por transporte ativo não apenas mediado por receptores de manose-6-fosfato. Além disso, o perfil de clearance foi melhor, apresentando maior área sob a curva e tempo de meia vida. A análise da biodistribuição mostrou maior atividade da enzima nanoestruturada em diferentes órgãos em 4 h e 24 h. Neste trabalho, ambos os estudos procuraram solucionar diferentes limitações da TRE. É importante ressaltar que estes dois estudos foram baseados em fármacos aprovados para uso, o que viabiliza sua aplicabilidade terapêutica.

Mucopolysaccharidosis I (MPS I) is an autosomal recessive disorder caused by mutations on alpha-L-iduronidase (IDUA) gene, leading to low or null enzyme activity. The treatment of choice is enzyme replacement therapy (ERT), which has limitations such as the high cost, the need of repeated infusions and the inefficacy to treat the patient’s neurological symptoms. New treatment strategies are necessary to overcome these hurdles. Stop codon read through (SCRT) is a potential alternative to achieve enhanced enzyme activity as there is suppression of premature stop codon mutations by the addition of a random amino acid in that position, allowing the protein to be fully translated. Other possibility is the application of nanostructuration strategies that may enhance enzyme efficiency and biodistribution, thus leading to reduced dose. In this work, we accessed both strategies in two studies. In the first one fibroblasts from three MPS I patients were treated with geneticin, a known misreading inducer, and chloramphenicol, a peptidyl transferase inhibitor that has been suggested to induce misreading. Geneticin was not able to enhance IDUA activity or expression and chloramphenicol enhanced IDUA activity 100-fold only on compound heterozygous fibroblasts. cDNA sequencing suggested that the nonsense alleles were being target to nonsense mediated mRNA decay and that chloramphenicol acts through a mechanism other than SCRT. As chloramphenicol is able to cross the blood brain barrier, it could be used as an adjuvant to ERT. In the second study we used a multiple wall lipid core nanocapsule coated with chitosan and Fe2+ ions that allows the chemical linkage of Laronidase. The nanostructured enzyme has an enhanced Vmax and Kcat and is able to produce higher amounts of product. The modified enzyme is not cytotoxic at the dose used in vivo and is uptaken by active transport not only mediated by mannose-6- phosphate receptors. Moreover, the clearance profile is better, showing a higher area under the curve and half-life time. The biodistribution analysis showed enhanced enzyme activity of nanostructured enzyme in different organs in 4 h and 24 h. In this work, both studies access different limitations of ERT with some benefits. Importantly, they are based on drugs approved for use in patient care; therefore, its therapeutic applicability becomes more feasible.