| Adam J Guenzel și Michael A Barry
Fundal
Cercetare de terapie genica in laboratorul Barry de la Clinica Mayo a fost susținută cu fonduri de la Asociația acidemia Organic, Fundația propionic acidemia, precum și de către Clinica Mayo Centrul de Medicina regenerative. Munca noastra sa concentrat pe dezvoltarea unui model de mouse-ul de acidemia propionic (PA) care pot fi utilizate pentru studiul de bază al bolii PA și dezvoltarea vectorilor de terapie genică pentru tratamentul PA. Modelul original de șoarece generată de Dr.. Miyazaki la UT Southwestern-a lipsit atat de copii ale genei care codifica PCCA o subunitate de carboxilaza-propionil CoA (PCC) enzimă. Această lipsă de PCC a însemnat că șoarecii au supraviețuit numai 36 ore efectuarea analizei de procese sau testarea terapii dificile boli.
Pentru a crea un model mai compatibil, am introdus o codifică PCCA gene umane care a avut o mutatie A138T care a fost identificat la un pacient cu acidemia propionic de Dr.. Laboratorul Ugarte de la Universitatea Autonomă din Madrid. În colaborare cu Dr. Jan Kraus de la Universitatea din Colorado, am stabilit că șoarecii au aproximativ A138T 2% din activitatea normală enzimei PCC în ficatul lor. Spre deosebire de soareci originale PCCA fără activitate PCC, cele mai multe dintre aceste soareci A138T supraviețui până la maturitate, dar au creșteri similare ale acelorași metaboliților sânge observate la pacienții acidemia propionic. Acestea includ cresteri ale propionylcarnitine și methylcitrate, precum și creșteri ale glicina, alanină, lizină, și amoniac. Am observat, de asemenea, dovezi de disfuncție cardiacă și posibila insuficienta cardiaca in soareci sugerând că ele împărtășesc, de asemenea, acest simptom.
Descoperirile noastre evidentia diversitatea de prezentare PA. Creșteri ale propionylcarnitine și methylcitrate circulant sunt aproape universal la persoanele afectate, dar alte aspecte ale bolii sunt observate mai puțin frecvent. Diferite sisteme de organe sunt implicate în diferite persoane, de exemplu simptome neurologice sunt frecvente si se manifesta ca convulsii, intarziere de dezvoltare, letargie, și hipotensiune arterială. În inima, este comun pentru a vedea aritmii si cardiomiopatie, chiar și în tineri pacienți PA. Multe dintre aceste simptome sunt agravate de nerespectarea de proteine restricționat regimuri dieta sau stres pentru organism provocate de infecție.
Desi tratamentul dietetic sa îmbunătățit foarte mult prognosticul pentru pacientii PA, câteva alte metode terapeutice au fost dezvoltate. Transplantul de ficat a apărut ca o optiune viabila de tratament pentru PA, dar operatii de transplant transporta o
anumit grad de risc s-au. Anestezie pentru a începe operațiunea poate de
se face această abordare nesigure pentru anumiti pacienti PA. După transplantul de ficat, medicamente imunosupresoare-a lungul vieții vor fi necesare pentru a preveni respingerea de ficat donator. Imunosupresia poate crește, de asemenea, riscul de infectii care pot conduce, de asemenea, crize metabolice.
Având în vedere aceste aspecte, am lucrat pentru a dezvolta opțiuni mai sigure și mai puțin invazive de tratament bazat pe terapia genica cu vectori virali. Până în prezent am tratat soareci adulti cu virusul adenoviral și adeno-asociate (AAV) Vectorii care exprimă gena pentru PCCA uman. Am demonstrat într-un articol intitulat "Generarea de un model Hypomorphic de propionic acidemia cedat la terapie genica de testare", publicat in revista Molecular Terapie (2013) că ambele acești vectori de terapie genică a redus semnificativ nivelurile de propionylcarnitine și methylcitrate în sângele șoarecilor în termen de o săptămână de tratament. Suntem încântați să rețineți că nivelurile de propionylcarnitine și methylcitrate au rămas scăzute de peste un-și-un-jumatate de an de la tratamentul cu o doză unică de AAV la șoareci masculi sugerează că terapia poate dura perioade lungi de timp.
O notă practice care ar putea interesa părinții copiilor cu PA este faptul că terapia genica la soareci a aparut pentru a îmbunătăți rapid capacitatea animalelor de a consuma alimente care conțin proteine normale. Intr-adevar, în termen de o săptămână de tratament, greutățile corporale ale animalelor au crescut drastic. Aceasta este de bun augur potențial bine pentru aceasta abordare cu impact pozitiv de zi cu zi ar trebui să fie în măsură să traduce aceasta spre tratarea pacientilor PA.
Noi studii
Variat Prezentarea PA pe mai multe sisteme de organe a cauzat unii cercetători pentru a examina în cazul în care cauza a acestor simptome se află. Studii anterioare au arătat că anumite complexe de proteine în mitocondriile de tesut cardiac sunt mai mici decât la indivizii fără PA. Deoarece mitocondriile sunt responsabile pentru furnizarea de cele mai multe din energia utilizată de către celulele din corpul uman se crede că acest lucru ar putea duce la o lipsă de energie disponibile pentru inima si duce la cardiomiopatie. De asemenea, este neclar exact ce efect niveluri de propionylcarnitine și methylcitrate circulă avea pe corp si nu suntem siguri în ce măsură diferite tipuri de tesut contribuie la nivelurile circulante ale acestor compuși.
Studiul nostru cel mai recent folosind A138T PA modelul nostru mouse-ul a fost conceput pentru a ajuta la clarificarea unora dintre aceste întrebări. În luna septembrie a acestui an (2014) we published a new research article in the journal Human Gene Therapy titled “Effects of Adeno-Associated Virus Serotype and Tissue-Specific expression on Circulating Biomarkers of Propionic Acidemia.” Our group and others have observed that different serotypes of AAV are more apt to deliver genes into the liver, heart, or cardiac and skeletal muscles in mice.
For example, AAV1 is better at delivering genes into muscles and AAV8 is better at delivering genes into the liver. We made these vectors totally specific to the muscle and liver and then compared how well they could treat the PA mice.
Under these conditions, both vectors improved metabolic levels, but the liver-specific gene therapy reduced systemic metabolites better (Figure 1). In many ways, terapie genica AAV8 ficat-specific este analog cu transplantarea ficatului, cu excepția vom efectua o injecție simplu, mai degrabă decât interventii chirurgicale invazive și nu trebuie să se aplice supresia sistemului imunitar. Invers, terapia genica este mai experimental decat transplantul, astfel de siguranță trebuie încă să fie evaluată.
Reducere a nivelurilor methylcitrate prezentată aici este incurajatoare, deoarece se presupune că un nivel ridicat de methylcitrate în țesutul ar putea fi o posibilă cauză pentru deficit de energie menționate în inimă și a fost corelat cu un nivel ridicat de amoniac in creier, precum și.
În timp ce terapia genica-ficat directionate redus metaboliți în sânge mai bine, în lucrări mai recente, am constatat că vectorul-musculare orientate fost semnificativ mai bine la repararea inima. For example, AAV1-PCCA corectate semne de disfuncție cardiacă, dar AAV8-PCCA nu au.
Aceste date sugereaza ca terapia genica că reparațiile PCC în cât mai multe țesuturi posibil este mai bună decât terapiile care doar repara într-un singur site-ul. Acest lucru este în concordanță cu observațiile care transplantul de ficat pot Blunt anumite simptome, dar nu poate imbunatati întotdeauna alții, cum ar fi efecte cardiace la pacienții PA.
Planurile noastre de viitor
Deoarece ficatul este principalul organ metabolic în organism, acesta va trebui să fie tratate prin terapia genica sau de transplant. Aceste studii, de asemenea, demonstrează că există compuși potențial nocive produse de mușchii și care terapia genica în mușchiul reduce nivelurile de metabolit sistemice, dar, de asemenea, reduce simptomele cardiace. Aceste date sugereaza ca tesutul tinta terapia genică sau transplant nu sunt cea mai bună abordare pentru a aborda spectrul de efecte bolii PA în diferite țesuturi. Prin urmare, ne indreptam cu nerăbdare să îmbunătățească vectori AAV care livreaza genele pentru multe țesuturi după injectarea intravenoasă.
În plus, lucram pentru a utiliza soareci pentru a intelege mai bine consecintele neurologice ale PA și pentru a determina daca terapia genica directa neurologica va fi nevoie. Soareci noastre PA au un număr de simptome care indică faptul că boala este afecteaza creierul lor. Din moment ce nu se poate vorbi la soareci, aceste simptome sunt, din păcate, greu de evaluat. Prin urmare, se îmbarcă pe o serie de studii pentru a explora în cazul în care șoarecii A138T sunt un model bun de aspectele neurologice ale PA. Șoarecii au un nivel ridicat de amoniac în sânge și lucram pentru a determina modul în care amoniacul circulant sau methylcitrate produse la nivel local in creier poate afecta boala. Există întrebări similare cu cele care le-am abordat în inima care trebuie să fie abordate în creier, precum și. Avem nevoie pentru a trata creier în mod specific sau se va tratament sistemic de ficat si muschi atenua simptomele creier? Care este cel mai eficient mod de a trata creier cu terapie genica? Din fericire, sistemul vector AAV ne va permite să
explora diferite opțiuni, și avem colaboratori excelente care ajută ne abordeze aceste probleme.
Figure 1. Corecție Methylcitrate după tratament specific țesutului. Nivelurile Methylcitrate au fost măsurate în sânge 45 săptămâni după injectare cu vectori AAV capabili de exprimarea proteinei PCCA în toate țesuturile tratate, sau în mod specific în ficat sau mușchiul cardiac și scheletic.
|
