Teràpia gènica basada en un vector viral adenoassociat per al tractament d’un model de ratolí d’atàxia de Friedreich

Abstract

L’atàxia de Friedreich (FRDA) és una malaltia neurodegenerativa, hereditària autosòmica recessiva, causada per la deficiència de la proteïna frataxina (FXN) deguda a l’expansió patològica del triplet GAA intrònic en el gen FXN. Es caracteritza principalment per una atàxia progressiva, pèrdua sensorial i cardiomiopatia hipertròfica. La neurodegeneració s’identifica en les neurones dels DRG, els nervis sensorials perifèrics, les columnes posteriors i el nucli dentat cerebel·lós. En l’actualitat no existeix tractament, però diverses proves de concepte han evidenciat el potencial terapèutic de la teràpia gènica amb AAV per a la FRDA. No obstant, aquests estudis han utilitzat vies d’administració dels AAV ineficients per tractar la neurodegeneració i han utilitzat promotors sintètics que proporcionen nivells molt elevats de FXN. Dades recents assenyalen la importància de mantenir els nivells de frataxina dins d’un rang fisiològic a causa de la toxicitat cel·lular que ha demostrat la seva sobreexpressió. En aquest estudi s’ha desenvolupat un nou vector de teràpia gènica AAV9 (rAAV9-FXN) amb una seqüència d’ADN que codifica per a la frataxina, regulada pel promotor hPGK1 i l’element WPRE. Una única administració intratecal de rAAV9-FXN en ratolins amb FRDA de 10 setmanes d’edat ha demostrat una àmplia biodistribució i transducció en els teixits neurològics afectats en la FRDA com els DRG, els nervis perifèrics, la medul·la espinal i també en els teixits sistèmics com el cor i el fetge. Aquesta estratègia de teràpia gènica proporciona una expressió de frataxina recombinant sostinguda i de llarga durada, amb nivells segurs, no tòxics, similars als nivells endògens de frataxina en ratolins WT durant almenys 22 mesos després de l’administració. Els ratolins amb FRDA tractats amb rAAV9-FXN han demostrat la prevenció significativa de les característiques patològiques de la malaltia com la coordinació motora, els potencials d’acció sensitius dels nervis perifèrics, el reflex d’agafada, la neurodegeneració en els DRG, la medul·la espinal i el nucli dentat cerebel·lós, juntament amb la correcció de la cardiomiopatia, la reducció de l’acumulació de dipòsits de ferro i la preservació de la funció mitocondrial mantenint l’activitat de la cadena de transport d’electrons. En conclusió, aquest estudi demostra l’eficàcia terapèutica de l’administració intratecal del vector rAAV9-FXN per al tractament a nivell preclínic d’un model de ratolí amb la malaltia i proporciona evidencia del potencial terapèutic per al tractament de l’atàxia de Friedreich.

La ataxia de Friedreich (FRDA) es una enfermedad neurodegenerativa, hereditaria autosómica recesiva, causada por la deficiencia de la proteína frataxina (FXN) debida a la expansión patológica del triplete GAA intrónico en el gen FXN. Se caracteriza principalmente por una ataxia progresiva, pérdida sensorial y cardiomiopatía hipertrófica. La neurodegeneración se identifica en las neuronas de los DRG, los nervios sensoriales periféricos, las columnas posteriores y el núcleo dentado cerebeloso. En la actualidad no existe tratamiento, pero varias pruebas de concepto han evidenciado el potencial terapéutico de la terapia génica con AAV para la FRDA. Sin embargo, estos estudios han utilizado vías de administración de los AAV ineficientes para tratar la neurodegeneración y han utilizado promotores sintéticos que proporcionan niveles muy elevados de FXN. Datos recientes señalan la importancia de mantener los niveles de frataxina dentro de un rango fisiológico debido a la toxicidad celular que ha demostrado su sobreexpresión.

En este estudio se ha desarrollado un nuevo vector de terapia génica AAV9 (rAAV9-FXN) con una secuencia de ADN que codifica para la frataxina, regulada por el promotor hPGK1 y el elemento WPRE. Una única administración intratecal de rAAV9-FXN en ratones con FRDA de 10 semanas de edad ha demostrado una amplia biodistribución y transducción en los tejidos neurológicos afectados en la FRDA como los DRG, los nervios periféricos, la médula espinal y también en los tejidos sistémicos como el corazón y el hígado. Esta estrategia de terapia génica proporciona una expresión de frataxina recombinante sostenida y de larga duración, con niveles seguros, no tóxicos, similares a los niveles endógenos de frataxina en ratones WT durante al menos 22 meses después de la administración. Los ratones con FRDA tratados con rAAV9-FXN han demostrado la prevención significativa de las características patológicas de la enfermedad como la coordinación motora, los potenciales de acción sensitivos de los nervios periféricos, el reflejo de agarre, la neurodegeneración en los DRG, la médula espinal y el núcleo dentado cerebeloso, junto con la corrección de la cardiomiopatía, la reducción de la acumulación de depósitos de hierro y la preservación de la función mitocondrial manteniendo la actividad de la cadena de transporte de electrones.

En conclusión, este estudio demuestra la eficacia terapéutica de la administración intratecal del vector rAAV9-FXN para el tratamiento a nivel preclínico de un modelo de ratón con la enfermedad y proporciona evidencia del potencial terapéutico para el tratamiento de la ataxia de Friedreich.

Friedreich's ataxia (FRDA) is a recessive inherited neurodegenerative disease caused by frataxin (FXN) deficiency due to the pathological intronic GAA-repeat expansion within the FXN gene. FRDA is characterised by progressive ataxia, sensory loss and hypertrophic cardiomyopathy. Neurodegeneration is identified in DRG neurons, peripheral sensory nerves, the posterior column, and cerebellar dentate nucleus. To date, there is no treatment available, but proof-of-concept approaches have highlighted the therapeutic potential of AAV-gene therapy in FRDA. However, these studies have used inefficient AAV delivery routes to treat the neurodegeneration, and used synthetic promoters providing high-yields of FXN levels. Recent data point to the importance of maintaining frataxin levels within a physiological range due to cellular toxicity that cause its overexpression.

In this study, a new AAV9-gene therapy vector (rAAV9-FXN) has developed including a DNA sequence that codify for frataxin regulated by the hPGK1 promoter and the WPRE element. A single intrathecal administration of rAAV9-FXN into ten-week-old FRDA mice has demonstrated a wide biodistribution and transduction into affected neurological tissues in FRDA like DRG, peripheral nerves, spinal cord, and also systemic tissues as liver and heart. This gene therapy strategy provides sustained and long-term frataxin expression, with safe non-toxic levels, similar to endogenous frataxin levels in the WT mice at least 22 months after administration. rAAV9-FXN treated FRDA mice has demonstrated significant prevention of pathological characteristics of the disease as the motor coordination, the sensory action potentials of peripheral nerves, the hindlimb clasping reflex, prevents the neurodegeneration of the DRG, spinal cord and cerebellar dentate nucleus, along with cardiomyopathy correction, reduction of iron deposits accumulation and preservation of mitochondrial function by maintaining the electron transport chain activity.

In conclusion, this study demonstrates the therapeutic efficacy of intrathecal administration of the rAAV9-FXN vector for the preclinical treatment of a mouse model with the disease and provides evidence for the clinical therapeutic potential for the treatment of Friedreich ataxia.