Nonreplicative genomic HSV-1 derived vectors for dorsal root ganglion gene therapy of Friedreich´s ataxia

• Autores: María Ventosa Rosales
• Directores de la Tesis: Filip Lim (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2016
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Alberto L. Epstein (presid.), Javier Díaz Nido (secret.), M. Pilar Martin Duque (voc.)
• Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Bioquímica, Biología Molecular, Biomedicina y Biotecnología (Biociencias Moleculares)
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología molecular
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • Friedreich’s ataxia (FRDA) is an autosomal recessive neurodegenerative disease caused by mutations in the frataxin gene (FXN), which lead to reduced levels of the essential mitochondrial protein frataxin (FXN). Currently there is no effective treatment or cure.

    Recently, a clinical trial for intractable pain (Dr Fink, Michigan 2011) demonstrated that delivery of a therapeutic transgene by non-replicative genomic herpes simplex virus type-1 (HSV-1) vectors to the dorsal root ganglia (DRG), principal target of gene therapy for Friedreich’s ataxia, did not produce any vectorrelated adverse effects. Following on from these encouraging results and considering previous observations of our laboratory demonstrating sustained expression driven by the FXN genomic locus, we aim to develop a gene therapy for FRDA neuropathology.

    Our approach has consisted on the construction and preliminary characterization of a high capacity nonreplicative genomic HSV-1 vector (27_4_Or2_β22 FXNinlZ vector) carrying a reduced version of the human FXN genomic locus, comprising the 5 kb promoter and the FXN cDNA with the inclusion of intron 1. We show that the nonreplicative HSV-1 genomic vector deleted for 23 kb maintains its growth capacity and the FXN transgene cassette contains the elements necessary to preserve physiological neuronal regulation of human FXN expression.

    Transduction of cultured fetal rat DRG neurons with the 27_4_Or2_β22 FXNinlZ vector results in sustained expression of human FXN transcripts and FXN protein. Rat footpad inoculation with the 27_4_Or2_β22 FXNinlZ vector results in human FXN transgene delivery to the DRG, with expression persisting for at least 1 month.

    Our results support the feasibility of using this vector for sustained neuronal expression of human FXN for future FRDA gene therapy.

    RESUMEN La ataxia de Friedreich (AF) es una enfermedad neurodegenerativa causada por una mutación en el gen de la frataxina (FXN), que genera una deficiencia de la proteína mitocondrial esencial frataxina (FXN). Esta enfermedad presenta un patrón de herencia autosómica recesiva y en la actualidad no se dispone de ninguna terapia efectiva para su tratamiento o cura.

    Recientemente, un ensayo clínico para terapia del dolor (Dr Fink, Michigan 2011) demuestra que la administración de vectores genómicos no replicativos derivados del virus del herpes simple tipo 1 (VHS-1) en los ganglios de las raíces dorsales, principal diana para terapia génica de AF, no desencadena ningún efecto adverso. Basándonos en estos resultados y en experimentos previos de nuestro laboratorio que demuestran que mediante el uso del locus genómico de FXN se consigue una expresión sostenida de FXN, nuestro objetivo es el desarrollo de una terapia génica para el tratamiento de la neuropatología de AF.

    El abordaje de este trabajo ha consistido en la generación y caracterización preliminar de un vector genómico no replicativo y de gran capacidad derivado del VHS-1 (vector 27_4_Or2_β22 FXNinlZ) que contiene una versión reducida del locus genómico humano de FXN: el promotor de 5 kb seguido de la secuencia del ADN complementario manteniendo el intrón 1. En este estudio se observa que: i) tras eliminar 23 kb del vector genómico no replicativo derivado del VHS-1 se mantiene su capacidad de crecimiento; ii) la versión reducida del locus FXN contiene los elementos necesarios para preservar la regulación fisiológica de la expresión de FXN humana en neuronas; iii) tras la transducción in vitro de neuronas de los ganglios de las raíces dorsales de fetos de ratas con el vector 27_4_Or2_β22 FXNinlZ, hay tanto una transcripción como una traducción sostenida de FXN. Finalmente, los experimentos in vivo demuestran que la inoculación intraplantar de nuestro vector en ratas permite la detección de la expresión de FXN humana en los ganglios de la raíces dorsales, la cual se mantiene al menos 1 mes tras la inoculación.

    Nuestros resultados apoyan la idea del uso de nuestro vector 27_4_Or2_β22 FXNinlZ para la expresión a largo plazo de FXN humana en el desarrollo de una futura terapia génica para el tratamiento de AF.