Respuesta inmune y terapia gó©nica con vectores virales adenoasociados / Immune response and gene therapy with adenoassociated viral vectors

En los ó;ºltimos aó;±os la terapia gó;©nica se ha posicionado como una opció;n real y segura en el desarrollo de alternativas terapó;©uticas para la cura y la prevenció;n de diferentes enfermedades. Consiste en la inserció;n de material genó;©tico en un tejido o có;©lula defectuosa, mediante el uso de un vector. Existen varias consideraciones para seleccionar el vector más apropiado, incluyendo el potencial de unió;n y entrada a la có;©lula diana, la capacidad de transferencia del material genó;©tico al nó;ºcleo, la habilidad de expresió;n del inserto y la ausencia de toxicidad. En el panorama actual, los vectores virales más utilizados son los derivados de los virus adenoasociados (AAV). Características como su bioseguridad, baja toxicidad y tropismo selectivo, han posibilitado su evaluació;n como opció;n terapó;©utica en un amplio nó;ºmero de enfermedades monogó;©nicas o complejas. A pesar de sus ventajas, los vectores AAV presentan inconvenientes, siendo el más importante la respuesta inmune del paciente al vector, especialmente la respuesta mediada por anticuerpos neutralizantes (NAb). Los NAb disminuyen la transducció;n del vector e impiden la expresió;n del gen que transporta, limitando su aplicació;n clínica. Por lo tanto, identificar y cuantificar la presencia y actividad de los NAbs, es el primer paso en cualquier protocolo de terapia gó;©nica con vectores AAV. La presencia de NAb depende principalmente de la exposició;n al virus en la naturaleza y varía drásticamente segó;ºn edad, localizació;n geográfica y estado de salud de la persona evaluada.

In recent years, gene therapy has been positioned as a real and safe option in the development of therapeutic alternatives for the cure and prevention of different diseases. It consists in the insertion of genetic material in a defective tissue or cell, through the use of a vector. There are several considerations for selecting the most appropriate vector, including the potential for binding and entry to the target cell, the ability of the genetic material to transfer to the nucleus, the ability to express the insert, and the absence of toxicity. In the current scenario, the most commonly used viral vectors are those derived from adeno-associated viruses (AAV). Characteristics such as biosafety, low toxicity and selective tropism have enabled its evaluation as a therapeutic option in many monogenic or complex diseases. Despite their advantages, AAV vectors have drawbacks, the most important being the patient’s immune response to the vector, especially the response mediated by neutralizing antibodies (NAb). NAbs decrease the transduction of the vector and prevent the expression of the gene it transports, limiting its clinical application. Therefore, identifying and quantifying the presence and activity of NAbs is the first step in any gene therapy protocol with AAV vectors. The presence of NAbs depends mainly on exposure to the virus in nature and varies drastically according to age, geographic location and health status of the person evaluated.

Neurogenesis and gliogenesis modulation in cerebral ischemia by CDK5 RNAi-based therapy / Modulación de la neurogénesis y la gliogénesis en la isquemia cerebral mediante una terapia basada en la interferencia de CDK5

Abstract Introduction: Cerebral ischemia is the third cause of death risk in Colombia and the first cause of physical disability worldwide. Different studies on the silencing of the cyclin-dependent kinase 5 (CDK5) have shown that reducing its activity is beneficial in ischemic contexts. However, its effect on neural cell production after cerebral ischemia has not been well studied yet. Objective: To evaluate CDK5 silencing on the production of neurons and astrocytes after a focal cerebral ischemia in rats. Materials and methods: We used 40 eight-week-old male Wistar rats. Both sham and ischemia groups were transduced at CA1 hippocampal region with an adeno-associated viral vector using a noninterfering (shSCRmiR) and an interfering sequence for CDK5 (shCDK5miR). We injected 50 mg/kg of bromodeoxyuridine intraperitoneally from hour 24 to day 7 post-ischemia. We assessed the neurological abilities during the next 15 days and we measured the immunoreactivity of bromodeoxyuridine (BrdU), doublecortin (DCX), NeuN, and glial fibrillary acid protein (GFAP) from day 15 to day 30 post-ischemia. Results: Our findings showed that CDK5miR-treated ischemic animals improved their neurological score and presented increased BrdU+ cells 15 days after ischemia, which correlated with higher DCX and lower GFAP fluorescence intensities, and, although mature neurons populations did not change, GFAP immunoreactivity was still significantly reduced at 30 days post-ischemia in comparison with untreated ischemic groups. Conclusion: CDK5miR therapy generated the neurological recovery of ischemic rats associated with the induction of immature neurons proliferation and the reduction of GFAP reactivity at short and longterm post-ischemia.

Resumen Introducción. La isquemia cerebral es la tercera causa de riesgo de muerte en Colombia y la primera causa de discapacidad física en el mundo. En diversos estudios en los que se silenció la cinasa 5 dependiente de la ciclina (CDK5) se ha demostrado que la reducción de su actividad es beneficiosa frente a la isquemia. Sin embargo, su efecto sobre la neurogénesis después de la isquemia no se ha dilucidado suficientemente. Objetivo. Evaluar el silenciamiento de la CDK5 en la neurogénesis y la gliogénesis después de la isquemia cerebral focal en ratas. Materiales y métodos. Se usaron 40 machos de rata Wistar de ocho semanas de edad. Los grupos de control y los isquémicos sometidos a transducción en la región del hipocampo CA1, se inyectaron intraperitonealmente por estereotaxia con 50 mg/kg de bromodesoxiuridina (BrdU) a partir de las 24 horas y hasta el día 7 después de la isquemia, con un vector viral asociado a adenovirus usando una secuencia no interferente (SCRmiR) y una interferente (CDK5miR). Se evaluó la capacidad neurológica durante los quince días siguientes y se detectó la capacidad de inmunorreacción para la BrdU, la proteína doblecortina (DCX), los núcleos neuronales (NeuN), y la proteína fibrilar acídica de la glía (Glial Fibrillary Acidic Protein, GFAP) a los 15 y 30 días de la isquemia. Resultados. Los animales isquémicos tratados con CDK5miR mejoraron su puntuación neurológica y presentaron un incremento de la BrdU+ a los 15 días de la isquemia, lo cual se correlacionó con una mayor intensidad de la DCX+ y una menor de la GFAP+. No hubo modificación de los NeuN+, pero sí una reducción significativa de la GFAP+ a los 30 días de la isquemia en los animales tratados comparados con los animales isquémicos no tratados. Conclusión. La terapia con CDK5miR generó la recuperación neurológica de ratas isquémicas asociada con la inducción de la neurogénesis y el control de la capacidad de reacción de la proteína GFAP a corto y largo plazo después de la isquemia.

Establishment of a HEK293T cell line able to site-specifically integrate and stably express GDNF by rAAV-2 vector

Background: Using recombinant adeno-associated virus 2 (rAAV-2), we attempted to establish a HEK293T cell line that is able to site-specifically integrate and stably express glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF). Results:Recombinant vector with enhanced green fluorescent protein (EGFP) and GDNF (pTR-P5-EGFP-IRES-GDNF), as well as that carrying Rep genes and SV40 promoters (pSVAV2) were constructed and packed. HEK293T cells were co-infected with rAAV-2/EGFP-GDNF and rAAV-2/SVAV2 virus separately at 1 x 10(4),1 x 10(5),and 1x10(6) of multiplicity of infection (MOI). The efficiency of transduction was detected using flow cytometry. Additionally, the infected HEK293T cells were separately validated by touchdown polymerase chain reaction (PCR) and Western-blot. After 72 h of transduction, the rate of EGFP positive cell was 22%, 45% and 49% at the MOIs of 1 x 10(4),1 x 10(5) and 1 x 10(6), respectively. On the 3rd, 6th and 9th day of cell passage, there was no significant difference in the cell viability and proliferation rate between transduction and control groups. Importantly, touchdown PCR showed that there was a specific PCR amplified product band in the lane of infected cells. Furthermore, GDNF expression was detected in the infected cells after 15 and 180 d of cultivation. Conclusions: A HEK293T cell line able to site-specifically integrate and stably express GDNF was established.

Uso de vectores derivados de virus adenoasociados para el tratamiento de la enfermedad de Morquio A / Adenoassociated virus-derived vectors for the treatment of Morquio A disease

En el desarrollo de una estrategia de terapia génica para la mucopolisacaridosis IV A (enfermedad de Morquio A), en el presente trabajo se evaluó la capacidad de un vector adenoasociado (AAV) para expresar el gen de la enzima sulfatasa N-acetilgalactosamina-6-sulfato (GALNS, N-acetylgalactosamine-6-sulfate sulfatase) en células HEK293, fibroblastos humanos con mucopolisacaridosis IV A y condrocitos de ratón con mucopolisacaridosis IV A. En el lisado celular, la actividad de la GALNS se incrementó entre 5 y 24 veces los valores observados en las células sin transfectar. La coexpresión con el gen del factor activador de sulfatasas 1 (SUMF1, sultatase modifiying factor 1) permitió un incremento en la actividad de la GALNS en el lisado celular de hasta 4,5 veces los valores observados en las células cotransfectadas con AAV-GALNS. La actividad de la GALNS en el medio de cultivo sólo se detectó en células cotransfectadas con AAV-SUMF1. Estos resultados constituyen evidencia valiosa sobre la posibilidad de realizar la corrección del defecto genético en la mucopolisacaridosis IV A empleando vectores AAV...

Toward the development of a gene therapy strategy for the mucopolysaccharidosis IV A (MPS IV A, Morquio A), in this work we evaluated the capability of an AAV vector to express the N-acetilgalactosamine-6-sulfate sulfatase (GALNS) gene in HEK293 cells, human mucopolysaccharidosis IV A fibroblasts and murine MPS IV A chondrocites. GALNS activity in lysated cells was increased between 5 and 24 folds compared to nontransfected cells. Also, the effect of coexpression with the sultatase modifiying factor 1 (SUMF1) was evaluated.GALNS activity was increased up to 4.5 folds in lysated cells compared to those values observed in AAV-GALNS transduced cells. Noteworthy, enzyme activity was only detected in culture media when cells were cotransfected with AAV-GALNS and AAV-SUMF1. These results represent a valuable step in the development of a gene therapy strategy for mucopolysaccharidosis IV A using AAV vectors...

Construcción de un vector de expresión derivado de virus adenoasociados para corregir in vitro el defecto genético de la enfermedad de Morquio A / Construction of an adenoassociated, viral derived, expression vector to correct the genetic defect in Morquio A disease

Introducción. La mucopolisacaridosis IV A (Morquio A) es una enfermedad de depósito lisosómico causada por la deficiencia en la actividad de la enzima N-acetil-galactosamina- 6-sulfato-sulfatasa que produce la acumulación intralisosómica de queratán y condroitín-6-sulfato. Hasta el momento, su manejo es paliativo, por lo que las investigaciones se han enfocado en establecer una terapia que pueda aplicarse tempranamente y garantice la expresión estable de la enzima. En este sentido, la terapia génica se presenta como una de las potenciales alternativas terapéuticas para corregir el defecto genético en la mucopolisacaridosis IV A. Objetivo. Construir vectores de expresión derivados de virus adenoasociados para corregir in vitro la deficiencia enzimática en la mucopolisacaridosis IV A. Materiales y métodos. Se produjeron vectores derivados de virus adenoasociados que portaban el gen humano de la enzima N-acetil-galactosamina-6-sulfato-sulfatasa dirigido por el promotor temprano del citomegalovirus humano, empleando un sistema libre de adenovirus. Se transfectaron células HEK293 y fibroblastos humanos Morquio A con los virus recombinantes, y se determinó la actividad enzimática en el lisado celular a las 24 y 48 horas después de la transfección. Resultados. Se obtuvieron virus adenoasociados recombinantes, libres de adenovirus, con títulos hasta de 2,08 x 1010 cápsides/ml. Tanto en células HEK293 como en fibroblastos Morquio A transfectados, se obtuvieron actividades enzimáticas hasta de 3,05 nmoles/mg por hora, 48 horas después de la transfección. Conclusión. Los virus recombinantes producidos expresaron in vitro la enzima GALNS en las células transfectadas. Estos resultados constituyen el paso inicial para el desarrollo de una terapia génica para la enfermedad de Morquio A empleando vectores derivados de virus adenoasociados.