Desarrollo de una estrategia de terapia génica para el tratamiento de la mucopolisacaridosis tipo IVA (morquio A)

Abstract

La Mucopolisacaridosis tipo IVA (MPS IVA) es una enfermedad minoritaria de acumulación lisosomal, de herencia autosómica recesiva, causada por la deficiencia en la enzima lisosomal N-acetilgalactosamina 6-sulfatasa (GALNS). Esta sulfatasa está involucrada en la degradación de los glicosaminoglicanos (GAGs) Queratán Sulfato (QS) y Condroitín 6-sulfato (C6S). El principal objetivo de la presente tesis doctoral fue el de desarrollar una aproximación de terapia génica para el tratamiento de la Mucopolisacaridosis tipo IVA. Para ello, en primer lugar, se generó y caracterizó un ratón modelo de la MPS IVA. A pesar de que la patología esquelética es la principal alteración en esta enfermedad, el modelo de ratón MPS IVA no desarrolló dicha patología. Sin embargo, sí que se observaron otros aspectos fenotípicos característicos de la enfermedad tales como la acumulación de GAGs en diferentes órganos periféricos y una marcada opacidad corneal. Además, el ratón MPS IVA, mostró diversas alteraciones a nivel del sistema nervioso central (SNC). Con el fin de desarrollar una aproximación de terapia génica con el vector más adecuado, se realizó un estudio de biodistribución para determinar el vector capaz de transducir de forma más eficiente el hueso y otros órganos y tejidos afectados en la enfermedad de Morquio A tras una administrado intravenosa (IV). Los resultados obtenidos en el estudio de biodistribución, junto con la evidencia de alteraciones a nivel del SNC en ratones MPS IVA, hicieron que finalmente se optase por el vector AAV9, debido a su elevada capacidad para transducir los principales órganos y tejidos afectados en los pacientes de Morquio A y a su capacidad para cruzar la barrera hematoencefálica y transducir el SNC. El tratamiento de los ratones MPS IVA con el vector AAV9-GALNS por vía IV dio lugar a un incremento de la actividad GALNS en todos los órganos y tejidos analizados y a la normalización del contenido de GAGs en todos ellos. Además, el tratamiento fue capaz de revertir el acúmulo de GAGs en el epitelio corneal y corregir las alteraciones observadas en el SNC del ratón MPS IVA. Conjuntamente, los resultados obtenidos durante el desarrollo de la presente tesis doctoral mostraron la eficacia terapéutica de la administración intravenosa de vectores AAV9 codificantes para la proteína GALNS. A pesar de la necesidad de estudiar dicha terapia en modelos animales de MPS IVA que desarrollen la patología esquelética de Morquio A, la estrategia de terapia génica descrita en este trabajo puede constituir la base preclínica para la translación hacia la clínica de la administración sistémica del vector AAV9-GALNS como tratamiento para la MPS IVA.

Mucopolysaccharidosis type IVA (MPS IVA) is a rare Lysosomal Storage Disease (LSD) caused by the lack of N-acetylgalactosamine-6-sulfatase (GALNS), an enzyme involved in the stepwise degradation of the Glycosaminoglycans (GAGs) Keratan Sulfate (KS) and Chondroitin 6-Sulfate (C6S). The main aim of the present Doctoral Thesis was to develop a gene therapy-based approach to treat Mucopolysaccharidosis type IVA. On this basis, a knock out mouse model for MPS IVA disease was generated and characterized. Although this model did not develop the skeletal pathology observed in human patients, it developed other somatic alterations typically present in Morquio A patients, such as GAG accumulation in different tissues and a marked corneal clouding. Moreover, MPS IVA mice developed different alterations in the central nervous system (CNS). In order to develop a gene therapy-based approach with the most properly vector, the biodistribution of different AAV vectors administered intravenously were studied to determine the serotype with the highest transduction of bones and other tissues affected in Morquio A patients. The results obtained from this biodistribution study, in conjunction with the evidence of alteration in the MPS IVA mice CNS, led to the selection of the AAV9 vector for the development of a gene therapy approach, because of its potential capacity to transduce the main tissues affected in human patients and its capacity to cross the brain blood barrier. The treatment of MPS IVA mice with the vector AAV9-GALNS resulted in a significant increase of GALNS activity in different tissues and a complete normalization in GAG content. In addition, the treatment was able to reverse the GAG accumulation observed in the corneal epithelium and correct the different alterations observed in the CNS of MPS IVA mice. Altogether, these results demonstrate the therapeutic efficacy of intravenous administration of AAV9 coding for GALNS. Notwithstanding the need for testing this gene therapy approach in an MPS IVA animal model which develops the skeletal pathology observed in Morquio A patients, the therapeutic approach described herein may become a possible treatment for MPS IVA.