| Adam J Guenzel y Michael A Barry
Fondo
Investigación La terapia génica en el Laboratorio de Barry en la Clínica Mayo ha sido apoyado con fondos de la Asociación Orgánica acidemia, la Fundación acidemia propiónica, así como por la Clínica Mayo Centro de Medicina Regenerativa. Nuestro trabajo se ha centrado en el desarrollo de un modelo de ratón de la acidemia propiónica (Pensilvania) que se puede utilizar para el estudio básico de la enfermedad PA y el desarrollo de vectores de terapia génica para el tratamiento de PA. El modelo de ratón original generada por el Dr.. Miyazaki en UT-sudoeste carecía de ambas copias del gen que codifica PCCA una subunidad de la propionil-CoA carboxilasa (PCC) enzima. Esta falta de PCC significaba que los ratones sobrevivieron solamente 36 horas haciendo análisis de los procesos de enfermedad o pruebas de terapias difíciles.
Para crear un modelo más compatible, introdujimos una codificación PCCA gen humano que tenía una mutación A138T que se identificó en un paciente con acidemia propiónica por el Dr.. Ugarte’s lab at Universidad Autònoma de Madrid. En colaboración con el Dr.. Ene Kraus en la Universidad de Colorado, se determinó que los ratones tienen aproximadamente A138T 2% de la actividad normal de la enzima PCC en sus hígados. A diferencia de los ratones originales PCCA sin actividad PCC, la mayor parte de estos ratones A138T sobreviven hasta la edad adulta, pero se han visto elevaciones muy similares de los mismos metabolitos en sangre en pacientes acidemia propiónica. Estos incluyen elevaciones en propionilcarnitina y metilcitrato así como aumentos en glicina, alanina, lisina, y amoníaco. También hemos observado evidencia de disfunción cardíaca y la posible insuficiencia cardíaca en los ratones que sugiere que también comparten este síntoma.
Nuestros resultados ponen de relieve la naturaleza diversa de la presentación PA. Las elevaciones en propionilcarnitina y metilcitrato circulantes son casi universales en los individuos afectados, pero se observan con menos frecuencia otros aspectos de la enfermedad. Los diferentes sistemas de órganos están implicados en diferentes personas, por ejemplo, los síntomas neurológicos son comunes y se manifiestan como convulsiones, retraso en el desarrollo, letargo, e hipotensión. En el corazón, es común ver a las arritmias y la miocardiopatía incluso en pacientes jóvenes PA. Muchos de estos síntomas se agravan por el incumplimiento de proteína restringida regímenes de dieta o el estrés en el cuerpo causadas por la infección.
Aunque el tratamiento dietético ha mejorado mucho el pronóstico para pacientes PA, algunas otras opciones de tratamiento han sido desarrollados. El trasplante de hígado ha surgido como una opción de tratamiento viable para PA, pero las operaciones de trasplante llevan una
cierto grado de riesgo a sí mismos. Anestesia para comenzar la operación puede por
sí hacen este enfoque inseguro para ciertos pacientes PA. Después de un trasplante de hígado, Se necesitarán fármacos inmunosupresores de por vida para evitar el rechazo del hígado del donante. La inmunosupresión también puede aumentar el riesgo de infecciones que también pueden conducir crisis metabólicas.
Teniendo en cuenta estas cuestiones, hemos trabajado para desarrollar opciones de tratamiento más seguro y menos invasivo basado en la terapia génica con vectores virales. Hasta la fecha hemos tratado a ratones adultos con el virus de adenovirus y adeno-asociado (AAV) vectores que expresan el gen para PCCA humana. Hemos demostrado en un artículo titulado "Generación de un Modelo hypomorphic de acidemia propiónica susceptibles de gene Pruebas Terapia", publicado en la revista Molecular Therapy (2013) que estos dos vectores de terapia génica redujo significativamente los niveles propionilcarnitina y metilcitrato en la sangre de los ratones dentro de una semana de tratamiento. Nos complace observar que los niveles propionilcarnitina y metilcitrato han mantenido bajos durante más de una-y-un-medio año después del tratamiento con una dosis única de AAV en ratones machos que sugieren que la terapia puede durar por largos periodos de tiempo.
Una nota práctica que puede interesar a los padres de los niños con PA es el hecho de que la terapia genética en los ratones parece mejorar rápidamente la capacidad de los animales para consumir alimentos normales que contiene proteínas. Ciertamente, dentro de una semana de la terapia, los pesos corporales de los animales aumentaron drásticamente. Esto es un buen presagio potencialmente bien para este enfoque tenga un impacto positivo en el día a día debemos ser capaces de traducir este hacia el tratamiento de pacientes con PA.
Nuevos Estudios
La variada presentación de PA a través de varios sistemas de órganos ha hecho que algunos investigadores para examinar en que la causa de estos síntomas se encuentran. Estudios anteriores han demostrado que ciertos complejos de proteínas en la mitocondria de tejido del corazón son más bajos que en individuos sin PA. Puesto que las mitocondrias son responsables de proporcionar la mayor parte de la energía utilizada por las células en el cuerpo humano se cree que esto podría conducir a una falta de energía disponible para el corazón y el resultado en la miocardiopatía. Tampoco está claro exactamente qué efecto niveles de propionilcarnitina y metilcitrato circulantes tenemos en el cuerpo y no estamos seguros de hasta qué punto los diferentes tipos de tejidos contribuyen a los niveles circulantes de estos compuestos.
Nuestro estudio más reciente utilizando nuestro A138T modelo de ratón PA fue diseñado para ayudar a aclarar algunas de estas preguntas. En septiembre de este año (2014) publicamos un nuevo artículo de investigación en la revista Human Gene Therapy titulado "Efectos del serotipo del virus adeno-asociado y de expresión específicos de tejido en circulación Biomarcadores de acidemia propiónica." Nuestro grupo y otros han observado que los diferentes serotipos de AAV son más aptos para entregar genes en el hígado, corazón, o los músculos cardíacos y esqueléticos en ratones.
Por ejemplo, AAV1 es mejor en la entrega de los genes en los músculos y AAV8 es mejor en la entrega de los genes en el hígado. Hicimos estos vectores totalmente específicos para el músculo y el hígado y luego compararon qué tan bien se podrían tratar los ratones PA.
Bajo estas condiciones, Ambos vectores mejoraron los niveles metabólicos, pero la terapia génica específica del hígado reduce mejor metabolitos sistémicos (Cifra 1). De muchas maneras, la terapia génica AAV8 específico del hígado es análoga a trasplantar el hígado, excepto que realizar una simple inyección en lugar de la cirugía invasiva y no tenemos que aplicar la supresión inmune. A la inversa, La terapia génica es más experimental que el trasplante, así que la seguridad aún debe ser evaluado.
Reducción en los niveles metilcitrato se muestra aquí es alentador ya que se planteó la hipótesis de que los altos niveles de metilcitrato en el tejido podría ser una posible causa de la deficiencia de energía mencionado en el corazón y se ha correlacionado con niveles elevados de amoníaco en el cerebro, así.
Mientras que la terapia génica dirigida al hígado reducida metabolitos en la sangre mejor, en trabajos más recientes, hemos encontrado que el vector músculo-objetivo fue marcadamente mejor en la reparación del corazón. Por ejemplo, AAV1-PCCA corrige signos de disfunción cardíaca, pero AAV8-PCCA no lo hizo.
Estos datos sugieren que la terapia génica de que las reparaciones de PCC en tantos tejidos como sea posible es mejor que las terapias que Sólo reparación en un sitio. Esto es consistente con las observaciones que el trasplante de hígado puede embotar ciertos síntomas, pero no siempre puede mejorar otros como efectos cardiacos en pacientes PA.
Nuestros planes futuros
Dado que el hígado es el principal órgano metabólico en el cuerpo, que tendrá que ser tratado por terapia génica o por el trasplante. Estos estudios también demuestran que hay compuestos potencialmente nocivos producidos por los músculos y que la terapia génica en el músculo reduce los niveles de metabolitos sistémicos, sino que también reduce los síntomas cardiacos. Estos datos sugieren que el tejido apuntado la terapia génica o el trasplante no son el mejor enfoque para abordar el espectro de los efectos de la enfermedad PA en diferentes tejidos. Por lo tanto, estamos avanzando para mejorar vectores AAV que ofrecen los genes de muchos tejidos después de la inyección intravenosa.
en adición, estamos trabajando para utilizar los ratones para comprender mejor las consecuencias neurológicas de PA y para determinar si será necesaria la terapia génica directa neurológica. Nuestros ratones PA tienen una serie de síntomas que indican que la enfermedad está afectando su cerebro. Ya que no podemos hablar con los ratones, estos síntomas son por desgracia difícil de evaluar. Por lo tanto, estamos embarcando en una serie de estudios para explorar si los ratones A138T son un buen modelo de los aspectos neurológicos de la PA. Los ratones tienen altos niveles de amoniaco en su torrente sanguíneo y que están trabajando para determinar cómo el amoniaco circulante o metilcitrato de producción local en el cerebro pueden afectar la enfermedad. Hay preguntas similares a las que hemos abordado en el corazón que debe ser abordado en el cerebro, así. ¿Necesitamos tratar el cerebro o específicamente a tratamiento sistémico del hígado y los músculos aliviar los síntomas cerebrales? ¿Cuál es la forma más efectiva para tratar el cerebro con terapia génica? Afortunadamente, el sistema de vector AAV nos permitirá
explorar diferentes opciones, y contamos con excelentes colaboradores que nos están ayudando a abordar estas cuestiones.
Cifra 1. Corrección metilcitrato después del tratamiento específico de tejido. Metilcitrato se midieron los niveles en la sangre 45 semanas después de la inyección con vectores AAV capaces de expresar la proteína PCCA en todos los tejidos tratados, o específicamente en el hígado o el músculo cardíaco y esquelético.
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