Estrategia de terapia génica para el tratamiento de las alteraciones auditivas y visuales de la mucopolisacaridosis tipo IIIB

Abstract

La Mucopolisacaridosi tipus IIIB (MPSIIIB) és una malaltia minoritària d’acumulació lisosòmica, d’herència autosòmica recessiva, causada per la deficiència de l’enzim lisosòmic α-N-acetilglucosaminidasa (NAGLU), la qual cosa provoca l’acumulació de formes parcialment degradades del glicosaminoglicà (GAG) heparan sulfat (HS) a l’interior dels lisosomes. Aquesta acumulació sostinguda en el temps genera disfunció cel·lular i la posterior mort de les cèl·lules. La MPSIIIB presenta una profunda afectació progressiva del Sistema Nerviós Central (SNC) caracteritzada per neurodegeneració i neuroinflamació, acompanyades d’alteracions perifèriques moderades. A més, amb l’edat, els pacients presenten també afectacions altament invalidants de les funcions auditiva i visual, que provoquen una severa hipoacúsia i una progressiva pèrdua de la visió. Actualment, no existeix cap teràpia efectiva aprovada pel tractament de la MPSIIIB. Les teràpies disponibles se centren en pal·liar la simptomatologia i millorar la qualitat de vida dels pacients i de les seves famílies. Per tant, és fa necessària la cerca d’una teràpia eficaç que permeti revertir les alteracions derivades de la MPSIIIB. La teràpia gènica in vivo basada en l’administració de vectors virals adenoasociados (AAV) representa una alternativa atractiva, ja que una única administració del vector permetria una eficàcia terapèutica a llarg termini. Prèviament, en el nostre laboratori, es va desenvolupar una aproximació de teràpia gènica basada en una única administració al Líquid Cefalorraquidi (LCR) de vectors AAV9 codificants per a l’enzim NAGLU murí (AAV9-Naglu) a la dosi de 3.0x1010 genomes virals (vg)/ratolí a ratolins model de la malaltia. Aquest estudi va donar lloc a la correcció de les alteracions del SNC i perifèriques de la malaltia, així com també a la reversió de les alteracions conductuals i a un augment de l’esperança de vida del model murí de la MPSIIIB. Per a la translació a la clínica de la qualsevol aproximació de teràpia gènica amb vectors AAV és necessari realitzar estudis per tal de minimitzar la dosi de vector administrada, preservant la màxima eficàcia terapèutica. Per aquesta raó, es va realitzar un estudi basat en l’administració IC del vector AAV9-Naglu a ratolins MPSIIIB, a 4 dosis diferents equidistants entre sí, amb l’objectiu de determinar la dosi "mínima terapèutica". Finalment, es va poder assignar la dosi de 9.3x109 vg/ratolí com la mínima terapèutica, ja que donava lloc a la correcció de les principals alteracions del SNC i perifèriques, així com també conductuals del model murí de la MPSIIIB. Aquesta dosi va ser aproximadament 3 vegades menor que la utilitzada al treball anterior del nostre laboratori. A continuació, es va avaluar l’eficàcia del tractament IC amb el vector AAV9-Naglu a la dosi de 9.3x109 vg/ratolí sobre les alteracions auditives del ratolí model de la MPSIIIB. Es va demostrar la capacitat d’aquest tractament per recuperar els nivells d’activitat NAGLU i de normalitzar el contingut de GAGs a la còclea, preservant la citoarquitectura coclear i l’audició després de 4 mesos de tractament. També es va poder observar que aquest tractament donava lloc a l’augment de l’activitat NAGLU de l’ull i a la correcció de la distensió lisosòmica de la retina, la qual cosa es va traduir en la prevenció de la degeneració de la retina i a la conservació de l’agudesa visual, després de 10 mesos de tractament a llarg termini. En conjunt, aquests resultats demostren l’eficàcia terapèutica d’una única administració al LCR del vector AAV9-Naglu en ratolins MPSIIIB joves sobre la preservació de les afectacions auditives i visuals.

La Mucopolisacaridosis tipo IIIB (MPSIIIB) es una enfermedad rara de acúmulo lisosomal autosómica recesiva causada por la deficiencia en la enzima lisosomal α-N-acetilglucosaminidasa (NAGLU). La deficiencia de esta enzima provoca la acumulación de formas parcialmente degradadas del glucosaminoglicano (GAG) heparán sulfato (HS) en el interior de los lisosomas. Esta acumulación anómala sostenida en el tiempo genera la disfuncionalidad celular y la posterior muerte de las células. La MPSIIIB presenta una profunda afectación del Sistema Nervioso Central (SNC) caracterizada por la neurodegenración y la neuroinflamación. Alteraciones periféricas moderadas también están presentes en esta enfermedad. Además, con la edad, los pacientes presentan afectaciones altamente invalidantes de las funciones auditiva y visual, que provocan una severa hipoacusia y una progresiva pérdida de la visión. Actualmente, no existe ninguna terapia efectiva aprobada para tratar la MPSIIIB. Los tratamientos disponibles se centran en paliar la sintomatología y mejorar la calidad de vida de los pacientes y sus familias. Por tanto, es necesaria la búsqueda de una terapia eficaz que permita revertir las alteraciones derivadas de la MPSIIIB. La terapia génica in vivo basada en la administración de vectores virales adenoasociados (AAV: Adeno-Associated Virus) representa una alternativa prometedora, ya que una única administración del tratamiento permitiría una eficacia terapéutica a largo plazo. Previamente, en nuestro laboratorio, se desarrolló una aproximación de terapia génica basada en una única administración al Líquido Cefalorraquídeo (LCR) de ratones modelo de la enfermedad de vectores AAV9 codificantes para la NAGLU murina (AAV9-Naglu) a la dosis de 3.0x1010 genomas virales (vg)/ratón. Este estudió demostró la eficacia del tratamiento en la corrección de las alteraciones periféricas y del SNC de la enfermedad, así como una reversión de las alteraciones conductuales y un aumento en la esperanza de vida del modelo murino de la MPSIIIB. Para la traslacionalidad clínica de la cualquier aproximación de terapia génica con vectores AAV es crucial minimizar la dosis de vector administrada preservando la máxima eficacia terapéutica. Por ello, se realizó un estudio con el objetivo de establecer una dosis del vector AAV9-Nalgu más baja que se pudiera designar como la "mínima terapéutica". En este trabajo se observó que, tras la evaluación de 4 dosis diferentes equidistantes entre sí, se pudo designar la de 9.3x109 vg/ratón como la mínima terapéutica, pues era 3 veces menor q la empleada en el estudio anterior y además corregía tanto las alteraciones del SNC y periféricas, como las alteraciones del comportamiento. Además, se evaluó la eficacia del tratamiento a esta dosis sobre las alteraciones auditivas del ratón modelo de la MPSIIIB y se demostró su capacidad de recuperar los niveles de actividad NAGLU en la cóclea y de normalizar el contenido de GAGs en este tejido, preservando la citoarquitectura coclear y de la audición tras 4 meses de tratamiento. Además, también se observó que este tratamiento repercutía en la normalización de la actividad NAGLU en el ojo y la corrección de la distensión lisosomal en la retina. Ello contribuyó a la prevención de la degeneración retiniana, conllevando a la conservación de la agudeza visual a largo plazo. En conjunto, estos resultados demuestran la eficacia terapéutica de una única administración al LCR del vector AAV9-Naglu en ratones MPSIIIB jóvenes sobre la preservación de las afectaciones auditivas y visuales.

Mucopolysaccharidosis type IIIB (MPSIIIB) is a rare autosomal recessive lysosomal storage disease caused by the deficiency of a lysosomal enzyme called α-N-acetylglucosaminidase (NAGLU). This deficiency causes the accumulation of partially degraded forms of the glycosaminoglycan (GAG) heparan sulfate (HS) within the lysosomes. This abnormal accumulation sustained over time generates cellular dysfunction and subsequent cell death. MPSIIIB presents a profound involvement of the central nervous system (CNS) characterized by neurodegeneration and neuroinflammation. Moderate peripheral alterations are also present in this disease. In addition, with age, patients present highly disabling impairments of the auditory and visual functions, which cause severe hearing loss and progressive loss of vision. Currently, there is no effective treatment approved for MPSIIIB. The available treatments are focused on alleviating the symptoms and improving the quality of life of patients and their families. Therefore, it is necessary to develop an effective therapy that allows the correction of the alterations derived from MPSIIIB. In vivo gene therapy based on the administration of adeno-associated viral vectors (AAV) represents a promising alternative, since a single administration of the treatment would allow long-term therapeutic efficacy. Previously, in our laboratory, a gene therapy approach was developed based on a single administration to the cerebrospinal fluid (CSF) of AAV9 vectors encoding murine NAGLU (AAV9-Naglu) at the dose of 3 x 1010 viral genomes (vg)/mouse on the MPSIIIB mouse model. This study demonstrated the efficacy of the treatment in correcting the peripheral and CNS pathology, as well as a reversing the behavioural alterations and increasing the life expectancy of the MPSIIIB mouse model. For the clinical translation of any AAV-mediated gene therapy approach, it is crucial to minimize the vector dose administered while preserving maximum therapeutic efficacy. Therefore, a study was conducted with the aim of establishing a lower dose of the AAV9-Naglu vector that could be designated as the “minimum therapeutic dose”. Among 4 different equidistant doses, it was possible to designate 9.3 x 109 vg/mouse as the minimum therapeutical dose. Even though it was 3 times lower than the one used in the previous study, it was able to correct the behaviour and the CNS and peripheral alterations. In addition, the therapeutic efficacy of this dose in the hearing alterations of the MPSIIIB mice model was evaluated, resulting in the recovery of NAGLU activity and normalization of GAG accumulation in the cochlea. Cochlear cytoarchitecture and hearing function were preserved in MPSIIIB mice 4 months after treatment. Furthermore, we also observed that this treatment was able to normalize the NAGLU activity in the eye, thus correcting the lysosomal pathology in the retina. This contributed to the prevention of retinal degeneration, leading to long-term preservation of visual acuity. Overall, these results demonstrate the therapeutic efficacy of a single CSF administration of the AAV9-Naglu vector in young MPSIIIB mice on the preservation of auditory and visual impairments.