Dr. Barry Research Fall Newsletter

Hintergrund

Gentherapieforschung im Barry Lab an der Mayo Klinik hat mit finanzieller Unterstützung der Organoazidopathie Verband unterstützt wurde, die Propionazidämie Foundation, als auch von der Mayo-Klinik Zentrum für Regenerative Medizin. Unsere Arbeit hat sich auf die Entwicklung eines Maus-Modell der Propionazidämie konzentriert (PA) dass für die Grund Studium PA Krankheit und Entwicklung von Vektoren für die Gentherapie für die Behandlung von PA verwendet werden. Die von Dr. generierte Original-Mausmodell. Miyazaki bei UT-Tex fehlten beide Kopien des Gens, das PCCA einer Untereinheit des Propionyl-CoA-Carboxylase kodiert, (PCC) Enzym. Dieser Mangel an PCC gemeint, dass die Mäuse überlebte nur 36 Stunden machen Analyse von Krankheitsprozessen oder Prüfung von Therapien schwer.

Um ein kompatibles Modell erstellen, führten wir ein menschliches Gen, das die eine PCCA A138T-Mutation, die bei einem Patienten mit Propionazidämie Dr. identifiziert hatten. Ugarte Labor am Autonomen Universität von Madrid. In Zusammenarbeit mit Dr.. Jan Kraus an der Universität von Colorado, wir festgestellt, dass die A138T Mäuse haben ca. 2% normaler PCC Enzymaktivität in ihren Lebern. Im Gegensatz zu den ursprünglichen PCCA Mäusen ohne PCC Aktivität, die meisten dieser A138T Mäuse überleben bis zum Erwachsenenalter, aber sehr ähnliche Erhöhungen der gleichen Blutmetaboliten in Propionazidämie Patienten gesehen. Diese schließen Erhöhungen der Propionylcarnitin und Methylcitrat sowie Erhöhungen in Glycin, Alanin, Lysin, und Ammoniak. Wir haben auch beobachtet, Hinweise auf kardiale Dysfunktion und möglicherweise Herzinsuffizienz in den Mäusen darauf hindeutet, dass sie dieses Symptom teilen auch.

Unsere Ergebnisse unterstreichen die Vielfalt der PA-Präsentation. Erhöhungen der zirkulierenden Propionylcarnitin und Methylcitrat sind in betroffenen Individuen nahezu universelle, aber andere Aspekte der Krankheit sind, weniger häufig beobachtete. Verschiedene Organsysteme sind in verschiedenen Menschen verwickelt, zum Beispiel neurologische Symptome sind häufig und manifestieren sich als Anfälle, Entwicklungsverzögerung, Lethargie, und Hypotension. Im Herzen ist es üblich, Herzrhythmusstörungen und Kardiomyopathie auch bei jungen Patienten PA sehen. Viele dieser Symptome werden durch die Nichteinhaltung Protein Diät-Schemata oder Stress auf den Körper durch eine Infektion verschlechtert.

Obwohl diätetischen Behandlung hat stark die Prognose für PA-Patienten verbessert, einige andere Behandlungsmöglichkeiten entwickelt worden,. Lebertransplantation hat sich als eine praktikable Therapieoption für PA taucht, aber Transplantationen durchführen a

gewisses Risiko selbst. Narkose, um die Operation beginnen kann durch

selbst machen diesen Ansatz unsicher für bestimmte PA-Patienten. Nach Lebertransplantation, lebenslange Immunsuppressiva erforderlich, um eine Abstoßung des Spenderleber verhindern. Immunsuppression kann auch das Risiko von Infektionen, die auch Stoffwechselkrisen fahren erhöhen.

Angesichts dieser Probleme, Wir haben daran gearbeitet, sicherer und weniger invasive Behandlungsoptionen auf Basis von Gentherapie mit viralen Vektoren zu entwickeln. Bis heute haben wir erwachsene Mäuse mit Adenovirus und adeno-assoziiertem Virus behandelten (AAV) Vektoren, die das Gen für menschliches PCCA exprimierenden. Wir haben gezeigt, in einem Artikel mit dem Titel "Generation eines hypomorphen Modell Propionazidämie zugänglich Gentherapie Testing" in der Zeitschrift Molecular Therapy veröffentlicht (2013) dass beide dieser Gentherapievektoren signifikant reduziert Propionylcarnitin und Methylcitrat Spiegel im Blut der Mäuse innerhalb einer Woche nach der Behandlung. Wir sind erfreut darüber, dass Propionylcarnitin und Methylcitrat Ebenen haben niedrige über ein Jahr-und-ein-Hälfte nach der Behandlung mit einer Einzeldosis von AAV in männlichen Mäusen darauf hindeutet, dass die Therapie für längere Zeit dauern blieb.

Eine praktische Note, die Eltern von Kindern mit PA interessieren könnten, ist die Tatsache, dass die Gentherapie in den Mäusen schien schnell verbessern die Fähigkeit der Tiere zur normalen proteinhaltige Nahrung zu konsumieren. Tatsächlich, innerhalb einer Woche nach der Therapie, Die Körpergewichte der Tiere drastisch erhöht. Dies verspricht potenziell auch für diesen Ansatz mit positiver Tag-zu-Tag Auswirkungen sollten wir in der Lage, dies zu behandeln PA-Patienten zu übersetzen.

Neue Studien

Das abwechslungsreiche Präsentation der PA über mehrere Organsysteme hat einige Forscher dazu gebracht, zu prüfen, wo die Ursache für diese Symptome liegen. Frühere Studien haben gezeigt, dass bestimmte Protein-Komplexen in den Mitochondrien von Herzgewebe sind niedriger als bei Personen ohne PA. Da die Mitochondrien für die Bereitstellung der größte Teil der von den Zellen in den menschlichen Körper eingesetzten Energie wird angenommen, dass dies zu einem Mangel an Energie an das Herz verfügbar führen verantwortlich und führen Kardiomyopathie. Unklar ist auch genau das, was Auswirkungen Blutspiegel von Propionylcarnitin und Methylcitrat auf den Körper, und wir sind nicht sicher, in welchem ​​Maße verschiedenen Gewebetypen dazu beitragen, die Blutspiegel dieser Verbindungen.

Unsere jüngste Studie mit unserem A138T PA-Maus-Modell wurde entwickelt, um zu klären einige dieser Fragen. Im September dieses Jahres (2014) veröffentlichten wir ein neues Forschungs Artikel in der Zeitschrift Human Gene Therapy mit dem Titel "Auswirkungen des Adeno-assoziierten Virus Serotyp und gewebespezifische Expression auf zirkulierenden Biomarkern der Propionazidämie." Unsere Gruppe und andere haben festgestellt, dass verschiedene Serotypen von AAV sind eher geneigt, zu liefern Gene in der Leber, Herz, oder Herz- und Skelettmuskulatur bei Mäusen.

Beispielsweise, AAV1 ist besser auf die Bereitstellung von Genen in Muskeln und AAV8 ist besser auf die Bereitstellung von Genen in der Leber. Wir haben diese Vektoren ganz spezifisch auf die Muskeln und Leber und dann verglichen, wie gut sie die PA-Mäuse zu behandeln könnte.

Unter diesen Bedingungen, Beide Vektoren verbesserte Stoffwechselniveaus, aber die leberspezifische Gentherapie reduzierte systemische Stoffwechselprodukte besser (Abbildung 1). Auf viele Arten, die AAV8 leberspezifische Gentherapie ist analog zu dem Umpflanzen der Leber, mit der Ausnahme, wir führen eine einfache Injektion und nicht-invasive Chirurgie und haben nicht zu Immunsuppression gelten. Umgekehrt, Gentherapie Erfahrungen als Transplantation, so Sicherheit muss noch bewertet werden.

Reduzierung der Methylcitrat Ebenen abgebildet ist ermutigend, weil es wird vermutet, dass ein hohes Maß an Methylcitrat im Gewebe könnte eine mögliche Ursache für die im Herzen genannten Energiemangel und mit hoher Ammoniakspiegel im Gehirn korreliert sowie.

Während Leber-bezogene Gentherapie reduziert Metaboliten im Blut besser, In neueren Arbeiten, haben wir gefunden, dass der Muskel-Targeting-Vektor wurde deutlich besser bei der Reparatur des Herzens. Beispielsweise, AAV1-PCCA korrigiert Anzeichen für kardiale Dysfunktion, aber AAV8-PCCA nicht.

Diese Daten legen nahe, dass die Gentherapie, die Reparaturen PCC in möglichst vielen Geweben wie möglich ist besser als Therapien, die nur zu reparieren in einer Website. Dies stimmt mit den Beobachtungen, dass die Lebertransplantation können bestimmte Symptome stumpf, aber nicht immer andere wie kardialen Wirkungen in PA Patienten zu verbessern.

Unsere Zukunftspläne

Da die Leber ist das wichtigste Stoffwechselorgan des Körpers, es wird durch Gentherapie oder durch Transplantation behandelt werden müssen. Diese Studien zeigen auch, dass es möglicherweise schädlichen Verbindungen, welche durch die Muskeln erzeugt werden und die Gentherapie in der Muskulatur reduziert systemische Metabolitspiegels, sondern reduziert auch kardialen Symptomen. Diese Daten legen nahe, dass Gewebe gezielte Gentherapie oder Transplantation nicht die beste Lösung, um das Spektrum der PA-Krankheit Wirkungen in unterschiedlichen Geweben zu adressieren. Deshalb, Wir bewegen uns auf AAV-Vektoren, die Gene zu vielen Geweben nach intravenöser Injektion zu liefern verbessern.

Außerdem, wir arbeiten, um die Mäuse zu verwenden, um die neurologischen Folgen der PA besser zu verstehen und zu bestimmen, ob direkte neurologische Gentherapie benötigt. Unsere PA-Mäuse haben eine Reihe von Symptomen, die zeigen, dass die Krankheit wirkt sich ihr Gehirn. Da wir nicht an die Mäuse sprechen, diese Symptome sind leider schwer zu beurteilen. Wir sind daher der Eintritt in eine Reihe von Studien, um zu erkunden, ob die A138T-Mäuse sind ein gutes Modell der neurologischen Aspekte der PA. Die Mäuse haben ein hohes Maß an Ammoniak in ihrem Blut und wir arbeiten, um zu bestimmen, wie die zirkulierenden Ammoniak oder Methylcitrat lokal im Gehirn erzeugt wird, kann die Krankheit beeinflussen. Es gibt ähnliche Fragen auf, die wir im Herzen, die im Gehirn angesprochen werden müssen wie auch angesprochen haben. Müssen wir das Gehirn gezielt zu behandeln oder werden systemische Behandlung der Leber und den Muskeln zu lindern Hirnsymptome? Was ist der effektivste Weg, um das Gehirn mit Gentherapie zu behandeln? Glücklicherweise ist der AAV-Vektor-System wird es uns ermöglichen, um

erkunden Sie verschiedene Optionen, und wir haben ausgezeichnete Mitarbeiter, die uns helfen diese Probleme anzugehen.

Abbildung 1. Methylcitrat Korrektur nach gewebespezifische Behandlung. Methylcitrat Spiegel wurden im Blut gemessen 45 Wochen nach der Injektion von AAV-Vektoren, die PCCA Protein exprimieren bei allen behandelten Geweben, oder spezifisch in der Leber oder Herz und Skelettmuskel.