| Adam J Guenzel e Michael A Barry
Sfondo
Ricerca sulla terapia genica nel Barry laboratorio presso la Mayo Clinic è stato sostenuto con il finanziamento del Organic Acidemia Association, la Fondazione Acidemia propionico, come pure dalla Mayo Clinic Centro di Medicina Rigenerativa. Il nostro lavoro si è concentrato sullo sviluppo di un modello murino di acidemia propionico (PA) che possono essere utilizzati per lo studio di base della malattia PA e sviluppo di vettori per la terapia genica per il trattamento di PA. Il modello originale del mouse generato dal Dott. Miyazaki presso UT-Sud mancavano entrambe le copie del gene che codifica PCCA una subunità della carbossilasi propionil-CoA (PCC) enzima. Questa mancanza di PCC ha fatto sì che i topi sono sopravvissuti solo 36 ore che fanno l'analisi dei processi di malattia o di sperimentazione di terapie difficili.
Per creare un modello più compatibile, abbiamo introdotto un gene umano codifica PCCA che ha avuto una mutazione A138T che è stato identificato in un paziente con acidemia propionico dal dottor. Laboratorio di Ugarte presso l'Università Autonoma di Madrid. In collaborazione con il Dott. Jan Kraus presso l'Università del Colorado, abbiamo determinato che i topi A138T hanno approssimativamente 2% di normale attività enzimatica PCC nel fegato. A differenza degli originali topi PCCA senza attività PCC, la maggior parte di questi topi A138T sopravvivere fino all'età adulta, ma hanno elevazioni molto simili della stessa metaboliti del sangue osservati nei pazienti acidemia propionico. Questi includono l'innalzamento di propionylcarnitine e methylcitrate così come aumenti di glicina, alanina, lisina, e ammoniaca. Abbiamo anche osservato evidenza di disfunzione cardiaca e l'eventuale insufficienza cardiaca nei topi suggerisce che essi condividono anche questo sintomo.
I nostri risultati evidenziano la diversa natura di presentazione PA. Aumenti in propionylcarnitine e methylcitrate circolanti sono quasi universale negli individui affetti, ma altri aspetti della malattia sono stati osservati meno frequentemente. Diversi sistemi di organi sono implicati in persone diverse, per esempio sintomi neurologici sono comuni e si manifestano come crisi epilettiche, ritardo dello sviluppo, letargo, e ipotensione. Nel cuore è comune vedere aritmie e cardiomiopatia anche in pazienti giovani PA. Molti di questi sintomi sono peggiorati dal mancato rispetto di proteine limitato regimi di dieta o di stress per il corpo causate da infezioni.
Sebbene il trattamento dietetico ha notevolmente migliorato la prognosi per i pazienti PA, sono state sviluppate alcune altre opzioni di trattamento. Il trapianto di fegato è emersa come una opzione terapeutica valida per la PA, ma operazioni di trapianto di portare un
certo grado di rischio se stessi. Anestesia per avviare l'operazione può, mediante
si rendono questo approccio pericoloso per alcuni pazienti PA. Dopo il trapianto di fegato, saranno necessari farmaci immunosoppressori per tutta la vita per prevenire il rigetto del fegato del donatore. Immunosoppressione può anche aumentare il rischio di infezioni che possono anche guidare le crisi metaboliche.
Alla luce di questi problemi, abbiamo lavorato per sviluppare le opzioni di trattamento più sicuri e meno invasivi basati sulla terapia genica con vettori virali. Fino ad oggi abbiamo trattato topi adulti con il virus adenoviral e adeno-associato (AAV) vettori che esprimono il gene per PCCA umana. Abbiamo dimostrato in un articolo dal titolo "Generazione di un modello di hypomorphic propionico Acidemia suscettibili di terapia genica Testing", pubblicato sulla rivista Molecular Therapy (2013) che entrambi questi vettori di terapia genica ridotto significativamente i livelli propionylcarnitine e methylcitrate nel sangue dei topi entro una settimana di trattamento. Siamo lieti di constatare che i livelli propionylcarnitine e methylcitrate sono rimasti bassi per più di un anno e mezzo dopo il trattamento con una singola dose di AAV nei topi maschi che suggeriscono che la terapia può durare per lunghi periodi.
Una nota pratica che possono interessare genitori di bambini con PA è il fatto che la terapia genica in topi sembrava migliorare rapidamente la capacità degli animali di consumare cibo normale contenente proteine. Infatti, entro una settimana di terapia, i pesi corporei degli animali sono aumentate drasticamente. Questo è di buon auspicio potenzialmente bene per questo approccio con un impatto positivo, giorno per giorno dobbiamo essere in grado di tradurre questo verso il trattamento di pazienti PA.
Nuovi studi
La presentazione variegato di PA tra diverse sistemi di organi ha causato alcuni ricercatori di esaminare in cui la causa di questi sintomi si trovano. Precedenti studi hanno dimostrato che alcuni complessi proteici nei mitocondri del tessuto cardiaco sono inferiori a quelli in individui senza PA. Poiché i mitocondri sono responsabili per fornire la maggior parte dell'energia utilizzata dalle cellule nel corpo umano si pensa che questo potrebbe portare ad una mancanza di energia disponibile al cuore e provocano cardiomiopatia. Non è chiaro esattamente quale effetto livelli di propionylcarnitine e methylcitrate circola abbiamo sul corpo e non siamo sicuri di quale misura i diversi tipi di tessuti contribuiscono ai livelli circolanti di questi composti.
Il nostro studio più recente utilizzando il nostro A138T PA modello di topo è stata progettata per contribuire a chiarire alcune di queste domande. Nel settembre di quest'anno (2014) abbiamo pubblicato un nuovo articolo di ricerca sulla rivista Human Gene Therapy dal titolo "Effetti del Virus Sierotipo adeno-associato e l'espressione tessuto-specifiche sulla circolazione Biomarcatori di propionico Acidemia." Il nostro gruppo e altri hanno osservato che i diversi sierotipi di AAV sono più inclini a fornire geni nel fegato, cuore, o muscoli cardiaci e scheletrici nei topi.
Per esempio, AAV1 è meglio a fornire geni nei muscoli e AAV8 è migliore a geni che forniscono nel fegato. Abbiamo fatto questi vettori totalmente specifiche al muscolo e nel fegato e poi confrontato quanto bene si potrebbe trattare i topi PA.
In queste condizioni, entrambi vettori migliorati livelli metabolici, ma la terapia genica specifica fegato ridotto metaboliti sistemici meglio (Figura 1). In molti modi, la terapia genica AAV8-specifico fegato è analogo al trapianto del fegato, tranne che eseguire una semplice iniezione, piuttosto che un intervento chirurgico invasivo e non devono applicare la soppressione immunitaria. al contrario, La terapia genica è più sperimentale di trapianto, quindi la sicurezza deve ancora essere valutata.
Riduzione dei livelli methylcitrate mostrato qui è incoraggiante perché si ipotizza che alti livelli di methylcitrate nel tessuto potrebbero essere una possibile causa del deficit energetico menzionato nel cuore ed è stato correlato con livelli elevati di ammoniaca nel cervello e.
Mentre la terapia genica del fegato mirata riduzione metaboliti nel sangue meglio, nel più recente lavoro, abbiamo trovato che il vettore targeting muscolo era nettamente migliore a riparare il cuore. Per esempio, AAV1-PCCA corretto segni di disfunzione cardiaca, ma AAV8-PCCA non ha.
Questi dati suggeriscono che la terapia genica che ripara PCC nel maggior numero possibile di tessuti è migliore rispetto alle terapie che solo riparare in un unico sito. Ciò è in linea con le osservazioni che il trapianto di fegato può smussare certi sintomi, ma non può sempre migliorare altri come effetti cardiaci in pazienti PA.
I nostri piani futuri
Poiché il fegato è il principale organo metabolica nel corpo, avrà bisogno di essere trattati con la terapia genica o da trapianto. Questi studi dimostrano anche che ci sono composti potenzialmente nocivi che sono prodotti dai muscoli e che la terapia genica nel muscolo riduce i livelli di metaboliti sistemici, ma riduce anche sintomi cardiaci. Questi dati suggeriscono che il tessuto mirato la terapia genica o il trapianto non è l'approccio migliore per affrontare lo spettro di effetti della malattia PA in diversi tessuti. Dunque, ci stiamo muovendo in avanti per migliorare vettori AAV che offrono i geni di molti tessuti dopo l'iniezione endovenosa.
Inoltre, stiamo lavorando per utilizzare il mouse per capire meglio le conseguenze neurologiche della PA e per stabilire se sarà necessario la terapia genica diretta neurologica. I nostri topi PA hanno una serie di sintomi che indicano che la malattia sta urtando il loro cervello. Dal momento che non si può parlare con il mouse, questi sintomi sono purtroppo difficili da valutare. Siamo quindi di intraprendere una serie di studi per esplorare se i topi A138T sono un buon modello degli aspetti neurologici della PA. I topi hanno alti livelli di ammoniaca nel loro sangue e stiamo lavorando per determinare come l'ammoniaca circolante o methylcitrate produzione locale nel cervello possono influenzare la malattia. Ci sono domande simili a quelle che abbiamo affrontato nel cuore che deve essere affrontato nel cervello pure. Abbiamo bisogno di curare il cervello particolare o sarà trattamento sistemico del fegato e dei muscoli alleviare i sintomi del cervello? Qual è il modo più efficace per curare il cervello con la terapia genica? Fortunatamente il sistema vettore AAV ci permetterà di
esplorare le diverse opzioni, e abbiamo ottimi collaboratori che ci stanno aiutando a risolvere questi problemi.
Figura 1. Correzione Methylcitrate dopo il trattamento tessuto-specifica. Livelli Methylcitrate sono stati misurati nel sangue 45 settimane dopo l'iniezione con vettori AAV capaci di esprimere proteine PCCA in tutti i tessuti trattati, o specificamente nel fegato o muscolo cardiaco e scheletrico.
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