We report clinical safety and biochemical efficacy from a dose-ranging study of intravenously administered AVI-4658 phosphorodiamidate morpholino oligomer (PMO) in patients with Duchenne muscular dystrophy.We undertook an open-label, phase 2, dose-escalation study (0·5, 1·0, 2·0, 4·0, 10·0, and 20·0 mg/kg bodyweight) in ambulant patients with Duchenne muscular dystrophy aged 5-15 years with amenable deletions in DMD. Participants had a muscle biopsy before starting treatment and after 12 weekly intravenous infusions of AVI-4658. The primary study objective was to assess safety and tolerability of AVI-4658. The secondary objectives were pharmacokinetic properties and the ability of AVI-4658 to induce exon 51 skipping and dystrophin restoration by RT-PCR, immunohistochemistry, and immunoblotting. The study is registered, number NCT00844597.19 patients took part in the study. AVI-4658 was well tolerated with no drug-related serious adverse events. AVI-4658 induced exon 51 skipping in all cohorts and new dystrophin protein expression in a significant dose-dependent (p=0·0203), but variable, manner in boys from cohort 3 (dose 2 mg/kg) onwards. Seven patients responded to treatment, in whom mean dystrophin fluorescence intensity increased from 8·9% (95% CI 7·1-10·6) to 16·4% (10·8-22·0) of normal control after treatment (p=0·0287). The three patients with the greatest responses to treatment had 21%, 15%, and 55% dystrophin-positive fibres after treatment and these findings were confirmed with western blot, which showed an increase after treatment of protein levels from 2% to 18%, from 0·9% to 17%, and from 0% to 7·7% of normal muscle, respectively. The dystrophin-associated proteins α-sarcoglycan and neuronal nitric oxide synthase were also restored at the sarcolemma. Analysis of the inflammatory infiltrate indicated a reduction of cytotoxic T cells in the post-treatment muscle biopsies in the two high-dose cohorts.The safety and biochemical efficacy that we present show the potential of AVI-4658 to become a disease-modifying drug for Duchenne muscular dystrophy.UK Medical Research Council; AVI BioPharma.

Mutations that disrupt the open reading frame and prevent full translation of DMD, the gene that encodes dystrophin, underlie the fatal X-linked disease Duchenne muscular dystrophy. Oligonucleotides targeted to splicing elements (splice switching oligonucleotides) in DMD pre-mRNA can lead to exon skipping, restoration of the open reading frame, and the production of functional dystrophin in vitro and in vivo, which could benefit patients with this disorder.We did a single-blind, placebo-controlled, dose-escalation study in patients with DMD recruited nationally, to assess the safety and biochemical efficacy of an intramuscular morpholino splice-switching oligonucleotide (AVI-4658) that skips exon 51 in dystrophin mRNA. Seven patients with Duchenne muscular dystrophy with deletions in the open reading frame of DMD that are responsive to exon 51 skipping were selected on the basis of the preservation of their extensor digitorum brevis (EDB) muscle seen on MRI and the response of cultured fibroblasts from a skin biopsy to AVI-4658. AVI-4658 was injected into the EDB muscle; the contralateral muscle received saline. Muscles were biopsied between 3 and 4 weeks after injection. The primary endpoint was the safety of AVI-4658 and the secondary endpoint was its biochemical efficacy. This trial is registered, number NCT00159250.Two patients received 0.09 mg AVI-4658 in 900 microL (0.9%) saline and five patients received 0.9 mg AVI-4658 in 900 microL saline. No adverse events related to AVI-4658 administration were reported. Intramuscular injection of the higher-dose of AVI-4658 resulted in increased dystrophin expression in all treated EDB muscles, although the results of the immunostaining of EDB-treated muscle for dystrophin were not uniform. In the areas of the immunostained sections that were adjacent to the needle track through which AVI-4658 was given, 44-79% of myofibres had increased expression of dystrophin. In randomly chosen sections of treated EDB muscles, the mean intensity of dystrophin staining ranged from 22% to 32% of the mean intensity of dystrophin in healthy control muscles (mean 26.4%), and the mean intensity was 17% (range 11-21%) greater than the intensity in the contralateral saline-treated muscle (one-sample paired t test p=0.002). In the dystrophin-positive fibres, the intensity of dystrophin staining was up to 42% of that in healthy muscle. We showed expression of dystrophin at the expected molecular weight in the AVI-4658-treated muscle by immunoblot.Intramuscular AVI-4658 was safe and induced the expression of dystrophin locally within treated muscles. This proof-of-concept study has led to an ongoing systemic clinical trial of AVI-4658 in patients with DMD.UK Department of Health.

Abstract Aberrant expression of the double homeobox 4 ( DUX4 ) gene in skeletal muscle causes muscle deterioration and weakness in Facioscapulohumeral Muscular Dystrophy (FSHD). Since the presence of a permissive pLAM1 polyadenylation signal is essential for stabilization of DUX4 mRNA and translation of DUX4 protein, disrupting the function of this structure can prevent expression of DUX4. We and others have shown promising results using antisense approaches to reduce DUX4 expression in vitro and in vivo following local intramuscular administration. Our group has developed further the antisense chemistries, and demonstrate here enhanced in vitro antisense efficacy. The optimal chemistry was conjugated to a cell-penetrating moiety, and for the first time in FSHD research has been systemically administered into a double-transgenic mouse model of FSHD. After four weekly treatments, mRNA quantities of DUX4 and target genes were reduced by 50% that led to a 5% increase in muscle mass, a 52% improvement in in situ muscle strength, and reduction of muscle fibrosis by 17%. Systemic DUX4 inhibition also improved the locomotor activity significantly and reduced the fatigue level by 22%. Our data overall demonstrate that the optimized antisense approach can contribute to future development of a therapeutic strategy for FSHD.

Oculopharyngeal muscular dystrophy (OPMD) is a rare late onset genetic disease affecting most profoundly eyelid and pharyngeal muscles, leading respectively to ptosis and dysphagia, and proximal limb muscles at later stages. A short abnormal (GCG) triplet expansion in the polyA-binding protein nuclear 1 (PABPN1) gene leads to PABPN1-containing aggregates in the muscles of OPMD patients. It is commonly accepted that aggregates themselves, the aggregation process and/or the early oligomeric species of PABPN1 are toxic in OPMD. Decreasing PABPN1 aggregate load in animal models of OPMD ameliorates the muscle phenotype. In order to identify a potential therapeutic molecule that would prevent and reduce aggregates, we tested guanabenz acetate (GA), an FDA-approved antihypertensive drug, in OPMD cells as well as in the A17 OPMD mouse model. We demonstrate that treating mice with GA reduces the size and number of nuclear aggregates, improves muscle force, protects myofibres from the pathology-derived turnover and decreases fibrosis. GA is known to target various cell processes, including the unfolded protein response (UPR), which acts to attenuate endoplasmic reticulum (ER) stress. Here we used a cellular model of OPMD to demonstrate that GA increases both the phosphorylation of the eukaryotic translation initiator factor 2α subunit (eIF2α) and the splicing of Xbp1, key components of the UPR. Altogether these data suggest that modulation of protein folding regulation can be beneficial for OPMD and support the further development of guanabenz or its derivatives for treatment of OPMD in humans.