.gnilka@trs.aphp.fr Traitements spécifiques des Mucopolysaccharidoses avec Atteinte Cérébrale Bénédicte Héron Service de Neuropédiatrie Centre de Référence des Maladies Lysosomales Hôpital Trousseau, AP-HP

Les mucopolysaccharidoses maladies rares 1/25 000 à 1/30 000 7 types cliniques 11 déficits mono-enzymatiques transmission RA sauf maladie de Hunter=RX accumulation de mucopolysaccharides ou glycosaminoglycanes dans les compartiments endosomo-lysosomaux

MucoPolySaccharidoses Cutanéo-articulaire Ostéo-articulaire Neuro-comportemental San Filippo III Hunter II (RX) Hürler – Scheie I Sly VII Maroteaux-Lamy VI Morquio IV MPS IX GAG Kératane-S Dermatane-S Chondroïtine-S Dermatane-S Héparane-S Urinaires A et C Héparane-S

Mucopolysaccharidoses avec atteinte neurodégénérative Atteinte multisystémique viscérale et ostéo-articulaire Atteinte progressive du système nerveux central +/- système nerveux périphérique Traitement symptomatique Traitement spécifique précoce/présymptomatique? curatif ?

Traiter / guérir une maladie neuro-dégénérative ? Anomalie protéique Déficit monoenzymatique (>protéine membranaire) Ciblage d’organe Atteinte multi-organe Barrière hémato-encéphalique Ciblage cellulaire et subcellulaire glie et/ou neurones récepteur au Mannose 6 Phosphate Délai thérapeutique +++ avant la mort cellulaire et les lésions irréversibles

Principes des traitements spécifiques Synthèse Dégradation Stockage 1. Augmenter la capacité catabolique Apporter la protéine normale Transplantation de cellules souches hématopoiétiques Thérapie enzymatique substitutive Apporter le gène normal : thérapie génique Augmenter la fonction résiduelle de l’enzyme mutante : chaperonnes 2. Diminuer la biosynthèse du substrat accumulé Thérapie par réduction de substrat Emprunté à Marie Vanier

Thérapies moléculaires

Thérapies moléculaires Enzymothérapie substitutive Inhibiteurs de substrat Chaperonnes pharmacologiques Correction de mutations spécifiques Autres approches -progrès physiopathologiques et modèles animaux- stress oxydatif inflammation … homéostasie calcique Autophagie, …

Enzymothérapies substitutives Enzyme recombinante : CHO, fibroblastes humains, carottes Perfusion IV hebdomadaire de 2 à 4h A vie PAC, Coût En hospitalisation HADomicile Effets indésirables réactions immuno-allergiques perte d’efficacité /immunisation avec Ac neutralisants Inefficacité sur lésions constituées et ciblage tissulaire osseuses cornée valves cardiaques Système nerveux périphérique et central

Enzymothérapies substitutives IV Maladie Dci Enzyme Nom AMM Laboratoire Gaucher I et III I Imiglucerase Velaglucerase Ceredase Cerezyme Vpriv 1994 2010 Genzyme Shire Fabry agalsidase α agalsidase β Replagal Fabrazyme 2002 TKT-Shire MPS I laronidase Aldurazyme 2003 MPS VI galsulfase Naglazyme 2006 BioMarin Pompe alglucosidase Myozyme MPS II idursulfase Elaprase 2007

Elaprase° Étude clinique phase 2-3: Randomisée, double aveugle, contrôlée, placebo, 52 semaines 96 patients MPS II 5 ans - 31 ans - 0,5 mg/kg/sem N=32 - 0,5 mg/kg/2 sem N=32 - placebo N=32 Critère principal d’efficacité groupe 0,5mg/kg/sem score composite %CVF prédite +2,7% TM6M +37m Autres effets thérapeutiques observés en IV/semaine volume foie N 80% GAG urinaires N 50% amplitudes articulaires, VEMS, Masse VG Pas d ’évaluation de l’effet sur l’atteinte neurologique Pas d’évaluation chez l’enfant de moins de 5 ans Muenzer J et al. Genet Med 2006, 8(8):465-473.

Evolution sous ELAPRASE Amélioration M1-M12 M1 état général dynamisme activité quotidienne M2 Réduction HSM GAG subnormaux M3 amplitudes articulaires croissance M6 test de marche de 6mn fonction respiratoire Stabilisation >M18 la plupart des symptômes viscéraux à partir de 18 -20 mois Cœur, fonction respiratoire, HMG, TM6M, amplitudes articulaires, GAG, … Mais - dégradation cognitive se poursuit même si ETS < âge 5A - manque de recul si ETS < âge 3M Muenzer J et al: Long-term, open-labeled extension study of idursulfase in the treatment of Hunter syndrome. Genet Med. 2011, 13(2):95-101.

Evaluation cognitive/ comportementale sous enzymothérapie Elaprase° Population : 18 garçons atteints de maladie de Hunter sévère Méthodologie : - 8 enfants : Echelle de Vineland (0 à 18A) compte tenu de leur atteinte cognitive sévère - 9 enfants : Brunet-Lézine 1er âge Révisé (0 à 30M) ou la WIPPSI ou le WISC - 8 enfants ont été évalués par l’Echelle de Conners

Evolution de la Vineland sous Elaprase Communication, autonomie, socialisation, motricité

Patients MPSII sévères traités par Elaprase

RJ: IRM cérébrale 5 ans IRM 10 ans ½ JN: IRM cérébrale à 7A puis TDM à 12 ans

Evolution clinique 29 MPSII-S sous Elaprase Enraidissement articulaire / régression motrice/cognitive Surdité perceptive aggravée Glaucome (M40) Valvulopathie Epilepsie Hydrocéphalie évolutive Laminectomie Rétrécissement canal cervical Chirurgie Canal carpien Décès 7 Après greffe pour LAL 6A10m 1 Plusieurs mois après arrêt TES 12A et 14A 2 Sous ETS (/7j ou /15 jours) 12 à 17 A 4

MPSII et enzymothérapie IV La régression cognitive, précoce dès 2 ans ½, et L’hyperactivité, symptôme majeur de la 1ère décade ne sont pas modifiée par l’ETS Progrès à l’échelle de Vineland (motricité et socialisation) modestes diminuent avec le temps surtout en cas de complication neurologique : hydrocéphalie évolutive, épilepsie, compression médullaire 3 nourrissons DG néonatal et ETS < 4 mois avant tout symptôme aucune atteinte viscérale ni orthopédique DPM initial normal Mais comportement agité puis atteinte cognitive à partir de 3 ans

Enzymothérapies substitutives et atteinte neurodégénérative 1- Passer la Barrière hémato-encéphalique Perméabilité : enzyme =grosse molécule ne passe pas la BHE - augmenter la dose ? Echec MPS I-H - microglie: « débit » ? Effet si forme intermédiaire MPS I-H/S - ciblage de récepteurs spécifiques (LDL, insuline..)

Enzymothérapies substitutives et atteinte neurodégénérative 2- Court-circuiter la Barrière hémato-encéphalique Administration intra-thécale ou intra-ventriculaire ? Essais en cours pour MPS I-H, MPS II-S, MPS IIIA 1,2 Essai à venir pour MPS IIIB 1. Safety, Tolerability, Ascending Dose and Dose Frequency Study of rhHNS Via an IDDD in MPS IIIA Patients ClinicalTrials.gov Identifier: NCT01155778 2. Extension of Study HGT-SAN-055 Evaluating Administration of rhHNS in Patients With Sanfilippo Syndrome Type A (MPS IIIA). ClinicalTrials.gov Identifier: NCT01299727

Enzymothérapies substitutives et atteinte neurodégénérative 3- Combinaisons thérapeutiques ETS IV et IT MPS I 1,2 et MPS II 3,4 ETS (12sem) + TCSH +ETS (8sem) MPS I-H 5 ETS et thérapie génique intracérébrale ETS et réduction de substrat ? 1- A Study of Intrathecal Enzyme Therapy for Cognitive Decline in MPS I. ClinicalTrials.gov Identifier: NCT00852358 2- Intrathecal Enzyme Replacement for Hurler Syndrome. ClinicalTrials.gov Identifier: NCT00638547 3- A Safety and Dose Ranging Study of Idursulfase (Intrathecal) Administration Via an Intrathecal Drug Delivery Device in Pediatric Patients With Hunter Syndrome Who Have Central Nervous System Involvement and Are Receiving Treatment With Elaprase®. ClinicalTrials.gov Identifier: NCT00920647 4- Extension of HGT-HIT-045 Evaluating Long-Term Safety and Clinical Outcomes of Idursulfase (IT) in Conjunction With Elaprase in Pediatric Patients With Hunter Syndrome and Cognitive Impairment. ClinicalTrials.gov Identifier: NCT01506141 5- Eisengart JB, et al. Enzyme replacement is associated with better cognitive outcomes after transplant in Hurler syndrome. J Pediatr 2013;162(2):375-80.

Enzymothérapies substitutives essais cliniques Maladie Enzyme Nom voie Firme MPS I laronidase Aldurazyme IV/IT Genzyme MPS II idursulfase Elaprase Shire MPS IIIA 1, 2 rh-HNS 10-45-90mg/mois IT essai 1-2, ext° IT essai 2-3, prépa MPS IIIB rh-NAGLU IT essai, prépa

Enzymothérapie intrathécale

Inhibiteurs de substrats Miglustat OH CH2OH CH3 Imino sucre N- butyldeoxynojirimycin(NB-DNJ) inhibe la glucosylcéramide synthétase 1ère étape d’une voie majeure de synthèse des glycosphingolipides analogue du glucose petite molécule passe la BHE administration orale inhibiteur compétitif du céramide sans entrainer d’accumulation de céramide AMM : 2003 maladie de Gaucher type I légère à modérée 2009 maladie de Niemann Pick C neurologique Céramide + UDP-Glucose Glucosylcéramide

Biosynthèse des glycolipides (GM1) Tay-Sachs, Sandhoff Fabry -Cer Niemann-Pick C (GM2) -Cer (Gb3) (GM3) -Cer -Cer (lacCer) Gal GalNAc Gaucher Glc -Cer (glucosyl-Cer) NeuAc NB-DNJ (Miglustat) (sulfatide) (galCer) -Cer -Cer Cer S04 Choline-P-Cer Krabbe (sphingomyéline) Niemann-Pick AB Emprunté à Marie Vanier

Thérapie par réduction de substrat Ralentit l’activité de biosynthèse MPSIII Génisteine (isoflavone inhibe synthèse héparane-S) Dose >10 mg/kg/j ?? Miglustat Effet placebo> Gaucher III Miglustat Dose X2 =600mg/1,73m2 Inhibition d’une enzyme-clé Noyau Golgi X NPC Miglustat Dose X2 =600mg/1,73m2 Endosomes dégradation enzymatique Lysosome Membrane plasmique Peut progressivement réduire la surcharge si activité catalytique résiduelle

Thérapies cellulaires Vellodi A, Young E, Cooper A, Lidchi V, Winchester B, Wraith JE: Long-term follow-up following bone marrow transplantation for Hunter disease. J Inherit Metab Dis 1999, 22(5):638-648. Guffon N, Bertrand Y, Forest I, Fouilhoux A, Froissart R: Bone marrow transplantation in children with Hunter syndrome: outcome after 7 to 17 years. J Pediatr 2009, 154(5):733-737.

Thérapies cellulaires transplantation de cellules souches hématopoïétiques Greffe de moelle osseuse 1980 Sang de cordon meilleurs résultats métaboliques Les cellules microgliales du donneur secrètent l’enzyme recaptée par d’autres cellules -Mortalité/morbidité 20% Echec, GVH, hémorragie pulmonaire, décès -Tissus difficiles à atteindre par TCSH Cerveau stabilisation neuro-cognitive au mieux Œil greffe de cornée Os +++ MPS I sévère <2,5ans QD>70 Leucodystrophie juvénile /adulte (Krabbe, métachromatique) autres: alpha-mannosidose, fucosidose, ML II, MPS II, III, VI, VII… Vellodi A, Young E, Cooper A, Lidchi V, Winchester B, Wraith JE: Long-term follow-up following bone marrow transplantation for Hunter disease. J Inherit Metab Dis 1999, 22(5):638-648. Guffon N, Bertrand Y, Forest I, Fouilhoux A, Froissart R: Bone marrow transplantation in children with Hunter syndrome: outcome after 7 to 17 years. J Pediatr 2009, 154(5):733-737.

Consensus Européen 2011 MPSI-H TCSH si MPS I-H diagnostiquée avant 2,5 ans TCSH envisagée dans les formes intermédiaires en cas de donneur compatible Tous les patients MPS I peuvent tirer bénéfice de l’ETS ETS devrait être débutée au moment du diagnostic y compris dans l’attente d’une TCSH De Ru MH. Orphanet J Rare Dis 2011 ;6:55

Thérapies cellulaires suite TCSH périphérique : moelle*, sang de cordon enfants MPSIIIA: inefficace même précoce *Bone marrow transplantation in mucopolysaccharidosis type IIIA: a comparison of an early treated patient with his untreated sibling. - Sivakumur P, Wraith JE - J Inherit Metab Dis. 1999 Oct;22(7):849-50. TC intracérébrale : cellules souches neurales origine embryonnaire ou fœtale : en attente IPS … immunité-rejet prolifération cellulaire organisation cellulaire souris MPSIIIB enfants CLN2: phase 1, bonne tolérance

Thérapie génique gène-médicament véhiculé par un vecteur viral pénétrant dans le noyau des cellules

Thérapie génique Thérapie génique ex-vivo Thérapie génique in-vivo TCSH ou TC fibroblastes autologues génétiquement modifiés ex-vivo par un vecteur rétroviral ou lentiviral - MPSIIIB, MPSI murins : très faible activité cérébrale - Leudystrophie métachromatique : correction du phénotype neuro murin grâce à une cross-correction des différents types cellulaires par la microglie surexprimant l’ARSA - LDM infantile précoce présymtomatique: 4 patients, résultats en cours d’évaluation Thérapie génique in-vivo administration d’un vecteur adénoviral contenant le gène d’intérêt - en intracérébral, - en intraveineux (GM2 et AAV9 intraveineux , souris) +/- ciblage de récepteurs des cellules endothéliales pour passer la BHE

Thérapie génique in vivo

MPSIII B Thérapie génique intracérébrale Vecteur AAV (adeno-associated virus) Diffusion extracérébrale du vecteur chez l’animal AAV5-NAGLU souris* et chien** Amélioration neuropathologique à distance du site injecté Amélioration comportement Nécessité d’une immunosuppression *Improved behavior and neuropathology in the mouse model of Sanfilippo type IIIB disease after adeno-associated virus-mediated gene transfer in the striatum. - Cressant A et al. J Neurosci. 2004 Nov 10;24(45):10229-39. **Safe, efficient and reproductable gene therapy of the brain in the dog models of Sanfilippo and Hürler syndromes. Ellinwood NM et al. Mol Ther. 2011 Feb;19(2):251-9. Début de l’essai clinique en octobre 2013 (M Tardieu, JM Heard)

MPSIII A Thérapie génique intracérébrale AAV10-SGSH-SUMF1 souris*, rat, chien Diffusion et persistance du vecteur / administration intracérébrale Présence et activité de l’enzyme Constatations anatomopathologiques Biodistribution et tolérance à court terme J7 (chien) *Functional correction of CNS lesions in an MPS-IIIA mouse model by intracerebral AAV-mediated delivery of sulfamidase and SUMF1 genes. - Fraldi A, Hemsley K, Crawley A, Lombardi A, Lau A, Sutherland L, Auricchio A, Ballabio A, Hopwood JJ. - Hum Mol Genet. 2007 Nov 15;16(22):2693-702. Epub 2007 Aug 27.

Essai clinique SAF-301 Ouvert et monocentrique, un seul bras « Essai clinique de phase I/II évaluant la tolérance et l'innocuité d'une administration intracérébrale de vecteurs viraux codant la N-sulfoglycosamine sulphohydrolase (SGSH) humaine et le facteur de modification 1 (SUMF1) des sulfatases, pour le traitement de la mucopolysaccharidose de type IIIA (maladie de Sanfilippo de type A) » Ouvert et monocentrique, un seul bras Promoteur : LYSOGENE (Alliance SanFilippo) Investigateur principal : Pr Marc TARDIEU, Bicêtre, APHP Autorisation AFSSAPS : 23 mai 2011

Essai clinique SAF-301 SAF-301 vecteur AAV10 porteur des ADNc humains SGSH et SUMF1 AAV10 bonne diffusion cérébrale pas d’infection humaine naturelle par ce virus (diminution théorique du risque de réaction immune de rejet) Modalités thérapeutiques 4 enfants suivis chacun 1 an Durée de l’essai 30 mois Une administration intracérébrale stéréotaxique à Necker / M Zerah 6 sites d’injection à 2 profondeurs dans la SB Suivi clinique, radiologique et biologique à Bicêtre / M Tardieu Prévention inflammatoire postopératoire Solupred Immunosuppression Tacrolimus/Prograf, Cellcept

Thérapie génique intracérébrale in vivo -MPS IIIA Essai clinique en cours en France, Bicêtre Pr Tardieu Vecteur AAV10 +gène SULMF+gène SGSH: cellule cible = neurone 4 enfants traités en ouvert 2011-2012 (2ans1/2-7 ans) Pas de complication à court ou moyen terme En attente évaluation à 1 an « pas de dégradation , enfants plus faciles à vivre » - Leucodystrophie métachromatique infantile tardive Essai clinique en cours en France, Bicêtre Pr Aubourg Vecteur AAV10 +gène ARSA: cellule cible = oligodendrocyte 5 enfants traités en ouvert 2012-2013, suivi 2 ans - MPS IIIB Essai clinique prévu en France pour 2ème semestre 2013, Bicêtre Pr Tardieu Vecteur AAV5+ gène NAGLU à titre + élevé 4 enfants < 5 ans prévus, +2 injections cervelet - CLN2 Essai en cours aux EU: AAV10 (enfant)

Perspectives thérapeutiques Thérapies moléculaires Enzymothérapie substitutive Améliorer l’adressage tissulaire (SNC, os, ...) Réduction de substrat Molécules chaperonnes Stabilisation d’une protéine mal conformée Mutation – spécifique Correction de mutations Translecture des codons stop (Genta, Ataluren°… modulation de l’épissage Corrections de cascades Inflammation stress oxydatif homéostasie du calcium autophagie réponse auto-immune Thérapies cellulaires - Cellules souches hématopoiétiques moelle osseuse / Sang de cordon - CSH génétiquement modifiées Thérapie génique Intracérébrale Intraveineuse (AAV9)