O singură combinație de terapie genică tratează mai multe boli legate de vârstă PNAS

Contribuit de George M. Church, 20 august 2019 (trimis spre examinare 20 iunie 2019; revizuit de Aubrey de Gray și Joao Pedro Magalhaes)

Acest articol are o corecție. Te rog vezi:

Semnificaţie

Longevitatea umană și animală este legată direct de sănătatea lor. În timp ce studiile anterioare au furnizat dovezi care susțin această conexiune, implementarea terapeutică a acestor cunoștințe a fost limitată. În mod tradițional, bolile sunt cercetate și tratate individual, ceea ce ignoră interconectarea afecțiunilor legate de vârstă, necesită tratamente multiple cu substanțe fără legătură și crește riscul acumulativ de efecte secundare. În acest studiu, abordăm și depășim acest impas prin crearea de terapii genice antiaging bazate pe virusul adeno-asociat (AAV) pentru tratamentul simultan al mai multor boli legate de vârstă. Demonstrăm natura modulară și extensibilă a terapiei genetice combinate testând cocktail-uri terapeutice AAV care se confruntă cu boli multiple într-un singur tratament. Am observat că 1 tratament cuprinzând 2 terapii genetice AAV a fost eficient împotriva tuturor celor 4 boli.

Abstract

În această lucrare, am dezvoltat și testat 3 terapii genetice bazate pe AAV și le-am administrat șoarecilor adulți netransgenici pentru tratamentul a 4 boli legate de vârstă. Cele 3 gene implicate în aceste terapii au fost factorul de creștere a fibroblastelor 21 (FGF21), αKlotho și factorul de creștere transformator-β1 (TGFβ1). Aceste 3 gene au fost alese datorită rolului lor benefic cunoscut în îmbătrânirea și stările specifice ale bolii (4 ⇓ –6). FGF21 și αKlotho sunt factori circulanți produși de ficat și, respectiv, de rinichi (5, 13 ⇓ –15), iar TGFβ1 este un factor secretat cu expresie care nu se limitează la un anumit organ (16). FGF21 a stabilit roluri în metabolismul și manipularea glucozei (17), αKlotho este un regulator cunoscut al calciului intracelular și oferă protecție în patologiile cardiace și renale (18, 19), iar semnalizarea TGFβ1 joacă un rol important în cardiomiopatia hipertrofică legată de vârstă, recrutarea și formarea matricei extracelulare (20). Deși aceste 3 gene au roluri cunoscute în diferite stări de boală asociate vârstei, rămâne necunoscut dacă perturbarea lor simultană ar oferi un fenotip aditiv, sinergic sau dăunător în orice boală dată.

Rezultate

Am selectat AAV ca metodă de livrare a terapiei genice datorită siguranței sale, imunogenității scăzute, ușurinței de fabricație, capacității de a infecta celulele care se divid și care nu se divid și un număr tot mai mare de studii clinice cu succes la om (21 ⇓ –23). Am început prin crearea a 3 vectori AAV8 separați pentru supraexprimarea mouse-ului FGF21, o formă solubilă a mouse-ului care transformă factorul de creștere-receptorul β 2 (sTGFβR2) care leagă și reprimă TGFβ1 (24) și mouse-ul αKlotho (Metode și SI Anexă, Fig. S1A) . Serotipul AAV8 a fost ales ca vector de livrare datorită ratei ridicate de infecție a ficatului (25), un organ bine cunoscut pentru capacitatea sa de a produce niveluri ridicate de proteine secretate (26) și țesutul natural pentru expresia endogenă a FGF21 (4) . După generarea și injectarea fiecărui virus, am verificat supraexprimarea transgenelor corespunzătoare direct sau din efectul lor din aval în plasma de șoarece folosind testul imunosorbent legat de enzime (ELISA) și Western blots (Metode și SI Anexă, Fig. S1 B - D) și a constatat până la o creștere de până la 17 ori a FGF21, o scădere de 95% a TGFβ1 circulant și o creștere de ~ 10 × a αKlotho circulant. De asemenea, am efectuat necropsii complete la șoareci injectați cu terapiile noastre și nu s-au observat constatări patologice remarcabile, sugerând niciun efect nociv în comparație cu șoarecii martor.

Administrarea sistemică de AAV a terapiei genetice combinate inversează simptomele diabetului la șoareci pe un HFD. (A) GTT de șoareci a postit peste noapte timp de 8 ore. Glucoza din sânge măsurată la 0, 15, 30, 60 și 120 min după gavajul oral de 50 mg glucoză. (B) Zona sub curba (ASC) GTT. (C) ITT de șoareci postit timp de 6 ore. Glicemia s-a măsurat la 0, 15, 30, 60 și 120 min după injectarea subcutanată a 0,5 UI/kg insulină. (D) ASC ale ITT. (E) HOMA-IR. (F) HOMA-β. (G) Măsurători de insulină de post la șoareci postite timp de 8 ore peste noapte înainte de GTT. n = 10 pentru șoareci AAV: GFP ND și n = 12 pentru șoareci AAF: GFP și AAV: FGF21 HFD. Testele statistice în B și D - G sunt ANOVA cu un singur sens. Barele de eroare reprezintă SEM. C, control; F, FGF21; K, αKlotho; T, sTGFβR2; TF, sTGFβR2 + FGF21; TFA, sTGFβR2 + FGF21 + aKlotho; TK, sTGFβR2 + αKlotho; FK, FGF21 + αKlotho. * P † P ⇓ ⇓ –43). Al treilea model de boală utilizat pentru evaluarea terapiilor unice și combinate a folosit obstrucția unilaterală ureterală (UUO), un mijloc stabilit de simulare a fibrozei renale progresive, care este o caracteristică a bolii renale (44). Am injectat șoareci cu terapii genetice unice și combinate 1 săptămână înainte de inducerea bolii prin UUO, iar rinichii au fost recoltați și analizați pentru fibroză și remodelare 1 săptămână după procedura UUO. Imaginile cu rinichi întregi colorate cu colorarea Masson’s Trichrome (MTS) au arătat că supraexpresia αKlotho a fost capabilă să prevină deteriorarea medularei renale și subțierea cortexului renal în comparație cu martorii (Fig. 3 A și B). În mod surprinzător, cea mai mare atenuare a atrofiei medulare s-a datorat combinației de AAV: sTGFβR2 și AAV: FGF21, care au avut rezultate semnificativ mai bune decât AAV: αKlotho la prevenirea atrofiei medulare renale, cu doar 6,4% atrofie comparativ cu 22,5%, respectiv (P † P