Terapia génica in vivo para la mucopolisacaridosis tipo iva: estudio de la eficacia en una nueva rata modelo de la enfermedad

Abstract

La Mucopolisacaridosis tipo IVA (MPS IVA) es una enfermedad de depósito lisosomal causada por la deficiencia de la enzima N-acetilgalactosamina 6-sulfatasa (GALNS). La ausencia de esta enzima conduce a la acumulación patológica de los glicosaminoglicanos (GAG) Queratán Sulfato (KS) y Condroitín-6-Sulfato. Actualmente, no existe un modelo animal que mimetice todos los signos clínicos de la MPS IVA humana. Por ello, el objetivo inicial de la presente tesis doctoral fue generar una nueva rata modelo de la MPS IVA introduciendo la mutación missense más frecuente en humanos (c.1156C>T) mediante la tecnología CRISPR/Cas9. Posteriormente, se caracterizó este modelo, el cuál desarrolló los signos típicos de la enfermedad, como alteraciones en el tamaño corporal, pérdida temprana del cartílago articular, hipertrofia de condrocitos, hipoplasia de esmalte, acumulación de GAGs en diferentes órganos y tejidos y una reducción de la esperanza de vida. Dado que no existe un tratamiento capaz de revertir todas las alteraciones que sufren los pacientes de Morquio A, el siguiente objetivo de la presente tesis doctoral fue el desarrollo de una nueva aproximación de terapia génica para el tratamiento de la MPS IVA. Para ello, se estudió la biodistribución del vector AAV9 tras una administración intravenosa (IV). Los resultados demostraron una alta eficiencia de transducción en huesos, cartílago articular, dientes, órganos y sistema nervioso central (SNC). Por ello, se desarrolló una estrategia de terapia génica basada en la administración IV del vector AAV9-Galns. Dicha administración permitió el incremento de actividad GALNS en suero y en múltiples órganos. El tratamiento permitió una recuperación del tamaño corporal y mejoró la tasa de supervivencia. También se detectó una mejora en el cartílago de crecimiento, con una normalización de los niveles de KS, que se tradujo en una normalización de la composición y estructura ósea. El tratamiento con AAV9-Galns llevó a una mejoría de las alteraciones en las articulaciones de las ratas MPS IVA, que resultaron en una normalización de la fuerza de agarre. El tratamiento también fue capaz de recuperar el esmalte y mejorar el fenotipo dentario de las ratas MPS IVA. A nivel periférico, se normalizaron las células vacuoladas del hígado, el sistema respiratorio y el corazón. En cuanto al SNC, se observó una normalización de los niveles de KS y de las alteraciones observadas en ratas MPS IVA no tratadas. En conjunto, estos resultados mostraron que el nuevo modelo de rata MPS IVA era capaz de desarrollar los principales signos clínicos de la enfermedad de Morquio A y que una sola administración IV del vector AAV9-Galns era capaz de mejorar e incluso corregir las alteraciones observadas en dicho modelo. Por ello, la estrategia de terapia génica descrita en este trabajo podría constituir la base preclínica para la translación hacia la clínica de la administración de AAV9-Galns en pacientes de Morquio A

Mucopolysaccharidosis type IVA (MPS IVA) is a lysosomal storage disease caused by the deficiency of the enzyme N-acetylgalactosamine-6-sulfatase (GALNS). The absence of this enzyme leads to the pathological accumulation of glycosaminoglycans (GAG) Keratan Sulfate (KS) and Chondroitin-6-Sulfate. To date, there is no animal model that mimics all the clinical signs of human MPS IVA. Therefore, the main objective of this doctoral thesis was to generate a new MPS IVA rat model introducing the most frequent missense mutation in humans (c.1156C>T) using the CRISPR/Cas9 technology. Then, this model was characterized, which developed the typical signs of the disease, such as alterations in body size, early loss of articular cartilage, chondrocyte hypertrophy, enamel hypoplasia, accumulation of GAGs in multiple organs and a reduction of the survival rate. As there is no treatment capable of reversing all the skeletal alterations of Morquio A patients, the next objective of this doctoral thesis was the development of a new gene therapy approach for the treatment of MPS IVA. To this aim, the biodistribution of an AAV9 vector was studied after intravenous (IV) administration. The results demonstrated a high efficiency of transduction in bones, articular cartilage, teeth, peripheral organs and central nervous system (CNS). Therefore, a gene therapy strategy was developed based on the IV administration of the AAV9-Galns vector. The administration of the therapeutic vector allowed the increase of GALNS activity in serum and in multiple organs. The treatment allowed a recovery of body size and improved the survival rate. An amelioration of growth cartilage was also detected, with a normalization of KS levels, which resulted in a normalization of bone composition and structure. Treatment with AAV9-Galns led to an improvement of joint alterations of MPS IVA rats, which resulted in a normalization of grip strength. The treatment was also able to recover the enamel and improve the dental phenotype of MPS IVA rats. At the peripheral level, the vacuolated cells of the liver, respiratory system and heart were normalized. Regarding the CNS, a normalization of the KS levels and the alterations observed in not treated MPS IVA rats was also observed. Altogether, these results showed that the new MPS IVA rat model presented the main clinical signs of Morquio A. Therefore, the therapeutic efficacy of an IV administration of the AAV9-Galns vector on bone tissue, peripheral organs and the SNC was evaluated in this model. The gene therapy approach described in this work could constitute the preclinical basis for the translation to the clinic of the IV administration of AAV9-Galns in patients of Morquio A.