Recherche bulletin d'automne du Dr Barry

Fond

Recherche sur la thérapie génique dans le Barry Lab à la Mayo Clinic a été soutenue avec un financement de l'Association Acidémie organique, la Fondation acidémie propionique, ainsi que par la Clinique Mayo Centre for Regenerative Medicine. Notre travail a porté sur l'élaboration d'un modèle de souris de acidémie propionique (Pennsylvanie) qui peut être utilisé pour l'étude de la maladie de base PA et le développement de vecteurs de thérapie génique pour le traitement de PA. Le modèle de souris d'origine généré par le Dr. Miyazaki à UT-mex manquait les deux copies du gène qui code pour une PCCA sous-unité de la carboxylase de propionyl-CoA (PCC) enzyme. Ce manque de PCC signifie que les souris ont survécu seulement 36 heures à faire l'analyse des processus ou des tests de thérapies difficiles maladie.

Pour créer un modèle plus compatible, nous avons introduit un encodage PCCA de gène humain qui avait une mutation A138T qui a été identifié chez un patient présentant une acidose propionique par le Dr. Le laboratoire de Ugarte à l'Université autonome de Madrid. En collaboration avec le Dr. Jan Kraus à l'Université du Colorado, nous avons déterminé que les souris de A138T ont environ 2% de l'activité enzymatique normale PCC dans leurs foies. Contrairement aux souris PCCA originaux avec aucune activité de PCC, la plupart de ces souris A138T survivent à l'âge adulte, mais ont des altitudes très similaires des mêmes métabolites sanguins observé chez les patients de l'acidémie propionique. Ceux-ci comprennent les élévations dans propionylcarnitine et methylcitrate ainsi que les augmentations de la glycine, alanine, lysine, et de l'ammoniac. We have also observed evidence of cardiac dysfunction and possible heart failure in the mice suggesting that they also share this symptom.

Our findings highlight the diverse nature of PA presentation. Elevations in circulating propionylcarnitine and methylcitrate are nearly universal in affected individuals, but other aspects of the disease are observed less frequently. Different organ systems are implicated in different people, for instance neurological symptoms are common and manifest as seizures, developmental delay, léthargie, and hypotonia. In the heart it is common to see arrhythmias and cardiomyopathy even in young PA patients. Many of these symptoms are worsened by noncompliance with protein restricted diet regimens or stress to the body caused by infection.

Bien que le traitement alimentaire a considérablement amélioré le pronostic des patients AP, quelques autres options de traitement ont été développés. La transplantation hépatique a émergé comme une option de traitement viable pour les PA, mais les opérations de transplantation portent une

certain degré d'eux-mêmes risques. Anesthésie pour commencer l'opération peut, par

se font de cette approche dangereuse pour certains patients AP. Après transplantation hépatique, médicaments immunosuppresseurs long de la vie seront nécessaires pour prévenir le rejet de la foie d'un donneur. L'immunosuppression peut également accroître le risque d'infections qui peuvent également conduire crises métaboliques.

Compte tenu de ces problèmes, nous avons travaillé à l'élaboration plus sûres et moins invasives options de traitement basé sur la thérapie génique avec des vecteurs viraux. Jusqu'à présent, nous avons traité des souris adultes avec le virus d'adénovirus et adéno-associé (AAV) vecteurs exprimant le gène de PCCA humaine. Nous avons démontré dans un article intitulé "génération d'un modèle de hypomorphic acidémie propionique prêter à une analyse Gene Therapy" publié dans la revue Molecular Therapy (2013) que ces deux vecteurs de thérapie génique et les niveaux de propionylcarnitine methylcitrate réduite de manière significative dans le sang de souris dans la semaine de traitement. Nous sommes heureux de constater que les niveaux de propionylcarnitine et methylcitrate sont restés bas depuis plus d'un-et-un-moitié-année après le traitement avec une dose unique de AAV chez les souris mâles qui suggère que la thérapie peut durer pendant de longues périodes.

Une note pratique qui peut intéresser les parents d'enfants avec PA est le fait que la thérapie génique chez les souris est apparu à améliorer rapidement la capacité des animaux à consommer des aliments contenant des protéines à la normale. En effet, dans la semaine de thérapie, les poids corporels des animaux ont augmenté considérablement. Cela augure bien pour potentiellement cette approche a des effets positifs au jour le jour devrions-nous être en mesure de traduire ce vers le traitement de patients AP.

Nouvelles études

La présentation variée de PA à travers plusieurs systèmes d'organes a causé quelques enquêteurs pour examiner où la cause de ces symptômes se situent. Des études antérieures ont montré que certains complexes de protéines dans les mitochondries des tissus cardiaques sont plus faibles que chez les individus sans PA. Étant donné que les mitochondries sont chargés de fournir la plupart de l'énergie utilisée par les cellules dans le corps humain, on pense que cela pourrait conduire à un manque d'énergie disponible pour le coeur et donnent lieu à une cardiomyopathie. Il est aussi ne sait pas exactement quel effet les taux circulants de propionylcarnitine et methylcitrate avons sur le corps et nous ne sommes pas sûr à quel point différents types de tissus contribuent aux taux circulants de ces composés.

Notre étude la plus récente en utilisant notre modèle de souris A138T PA a été conçu pour aider à clarifier certaines de ces questions. En Septembre de cette année (2014) nous avons publié un nouvel article de recherche dans la revue Human Gene Therapy intitulé «Effets des virus adéno-associé de sérotype et d'expression tissulaire spécifique sur Circulating biomarqueurs de l'acidémie propionique." Notre groupe et d'autres ont observé que les différents sérotypes de AAV sont plus enclins à offrir gènes dans le foie, cœur, ou les muscles cardiaques et squelettiques chez les souris.

Par example, AAV1 est mieux à délivrer des gènes dans les muscles et AAV8 est mieux à gènes délivrant dans le foie. Nous avons fait ces vecteurs totalement spécifiques au muscle et le foie, puis comparés à quel point ils pouvaient traiter les souris AP.

Dans ces conditions, deux vecteurs améliorés niveaux métaboliques, mais la thérapie génique spécifique du foie réduit métabolites mieux systémiques (Figure 1). De plusieurs façons, la thérapie génique spécifique du foie AAV8 est analogue à la transplantation du foie, sauf que nous effectuer une simple injection plutôt que la chirurgie invasive et ne pas avoir à demander la suppression immunitaire. inversement, la thérapie génique est plus expérimental de transplantation, si la sécurité doit encore être évalué.

Réduction des niveaux de methylcitrate montré ici est encourageant, car il est supposé que des niveaux élevés de methylcitrate dans les tissus pourraient être une cause possible de l'insuffisance de l'énergie mentionnés dans le cœur et a été corrélée avec des niveaux élevés d'ammoniac dans le cerveau ainsi.

Alors que la thérapie génique foie ciblée réduit métabolites dans le sang de mieux, dans des travaux plus récents, nous avons constaté que le vecteur musculaire ciblée était nettement meilleure à réparer le cœur. Par example, AAV1-PCCA corrigé des signes de dysfonction cardiaque, mais AAV8-PCCA n'a pas.

Ces données suggèrent que la thérapie génique qui répare PCC dans autant de tissus que possible est préférable que les thérapies qui ne réparer en un seul site. Ceci est cohérent avec les observations que la transplantation du foie peut atténuer certains symptômes, mais il ne peut toujours améliorer d'autres, comme les effets cardiaques chez les patients AP.

Nos plans d'avenir

Puisque le foie est le principal organe métabolique dans le corps, il devra être traitée par thérapie génique ou par transplantation. Ces études montrent également qu'il existe des composés potentiellement nocifs étant produites par les muscles et que la thérapie génique dans le muscle réduit les niveaux de métabolites systémiques, mais aussi de réduire les symptômes cardiaques. Ces données suggèrent que le tissu ciblé thérapie génique ou la transplantation ne sont pas la meilleure approche pour aborder le spectre des effets de la maladie PA dans différents tissus. Donc, nous allons de l'avant pour améliorer vecteurs AAV qui livrent gènes à de nombreux tissus après injection intraveineuse.

en outre, nous travaillons à utiliser la souris pour mieux comprendre les conséquences neurologiques de PA et de déterminer si la thérapie génique neurologique directe sera nécessaire. Nos souris PA ont un certain nombre de symptômes qui indiquent que la maladie a un impact sur leurs cerveaux. Puisque nous ne pouvons pas parler à la souris, ces symptômes sont malheureusement difficiles à évaluer. Nous sommes donc d'entreprendre un certain nombre d'études pour explorer si les souris A138T sont un bon modèle des aspects neurologiques de PA. Les souris ont des niveaux élevés d'ammoniac dans leur sang et nous travaillons afin de déterminer comment l'ammoniac ou methylcitrate circulation produite localement dans le cerveau peuvent affecter la maladie. Il ya des questions semblables à celles que nous avons abordés dans le coeur qui doit être abordé dans le cerveau ainsi. Devons-nous traiter le cerveau spécifiquement ou allons traitement systémique du foie et les muscles de soulager les symptômes du cerveau? Quel est le moyen le plus efficace pour traiter le cerveau par thérapie génique? Heureusement, le système de vecteur AAV nous permettra de

explorer différentes options, et nous avons d'excellents collaborateurs qui nous aident à répondre à ces questions.

Figure 1. Correction Methylcitrate après le traitement spécifique du tissu. On a mesuré les niveaux Methylcitrate dans le sang 45 semaines après injection avec des vecteurs d'AAV capables d'exprimer la protéine PCCA dans tous les tissus traités, ou spécifiquement dans le foie ou le muscle squelettique et cardiaque.