Forscher unter der Leitung eines Teams von Massachusetts Eye and Ear haben einen neuartigen zellulären Eintrittsfaktor für Adeno-assoziierte Virusvektoren (AAV) identifiziert – die am häufigsten verwendeten viralen Vektoren für die In-vivo-Gentherapie. AAVs sind Vektoren – oder Vehikel – die aus einem Virus hergestellt werden, das durch Molekulartechnik unschädlich gemacht wird, und sich als vielversprechend für den Transport von gentherapeutischen Behandlungen zu betroffenen Geweben erwiesen haben.
Die Forscher identifizierten, dass GPR108, ein G-Protein-gekoppelter Rezeptor, als molekulares „Schloss“für die Zelle diente. GPR108 ist für die meisten AAVs erforderlich, einschließlich derjenigen, die in zugelassenen Gentherapien verwendet werden, um Zugang zur Zelle zu erh alten. Da der Zugang zu Zellen ein entscheidender Schritt bei der Bereitstellung von Gentherapien ist, könnte diese Entdeckung eine entscheidende Information liefern, die es Wissenschaftlern eines Tages ermöglichen könnte, AAV-Gentransfers auf bestimmte Gewebe besser zu erklären, vorherzusagen und letztendlich zu lenken.
Die Studie wurde kürzlich in Molecular Therapy veröffentlicht.
"Seit Jahren wissen wir, dass der AAV-Gentransfer hocheffektiv ist, aber wir müssen erst noch lernen, wie das erreicht wird und warum einige AAV-Typen anders funktionieren als andere", sagte der leitende Studienautor Luk Vandenberghe, PhD, Director des Grousbeck Gene Therapy Center in Mass. Eye and Ear und außerordentlicher Professor für Augenheilkunde an der Harvard Medical School. „Wir haben ein molekulares ‚Schloss‘für die Zelle identifiziert, das es AAV-Vektoren ermöglicht, mit dem entsprechenden ‚Schlüssel‘Zugang zur Zelle zu erh alten. Diese Erkenntnis könnte es Wissenschaftlern ermöglichen, AAV-Gentransfers besser auf Zielzellgewebe zu lenken, um spezifische Gene zu behandeln Krankheiten."
Mehrere AAV-Typen befinden sich in klinischen Studien für Krankheiten, die Augen, Muskeln und Neuronen betreffen. Luxturna™ und Zolgensma™, beide kürzlich von der U. S. Food and Drug Administration zugelassen, sind AAV-Gentherapieprodukte für eine Form von Blindheit und neuromuskulären Erkrankungen. Der genaue Mechanismus, mit dem diese neue Klasse von Medikamenten den Gentransfer bewerkstelligt, ist jedoch noch weitgehend unverstanden.
Die Unbekannten der AAV-Therapie: Überqueren einer Schlucht in einem Klettergerüst
Die Gentherapie entstand erstmals vor etwa 50 Jahren, aber erst in den letzten zehn Jahren haben Wissenschaftler Fortschritte erzielt, indem sie genetisches Material über AAVs an Zielzellen liefern.
Trotz jüngster Fortschritte in der AAV-Forschung waren Wissenschaftler nur eingeschränkt in der Lage, zusätzliche Behandlungen zu entwickeln und zu testen, da der Wirkmechanismus unklar war.
Dr. Vandenberghe sagt, die Verabreichung von AAV-Gentherapien an eine Zelle sei wie das Überqueren einer Schlucht mit Klettergerüsten in einem Klettergerüst. Jeder Balken ist ein zellulärer Faktor, auf den sich das AAV verlässt, um schließlich in den Kern der Zelle zu gelangen. Bemerkenswerterweise identifizierten Forscher aus Stanford vor einigen Jahren einen wichtigen Querbalken in einem hochkonservierten AAV-Eintrittsrezeptor namens AAVR.
"Unsere neue Studie identifiziert einen zweiten notwendigen zellulären Kofaktor, der es uns ermöglichen könnte, diese Vektoren für bestimmte Zwecke besser zu entwerfen", sagte Dr. Vandenberghe.
Ergebnisse könnten das Gebiet der Gentherapie vorantreiben
In der aktuellen Studie verwendeten die Forscher ein genomweites CRISPR-Screening-Tool, um 100.000 Gene zu untersuchen und festzustellen, welche Zellen beim AAV-Targeting eine Rolle spielten. Sie identifizierten GPR108 als einen hochkonservierten Eintrittsfaktor, der für den Eintritt aller getesteten AAV-Varianten erforderlich war, mit Ausnahme von einer, dem hochgradig divergenten AAV5. Es wurde gezeigt, dass GPR108 für die meisten AAVs, die derzeit klinisch untersucht werden, von entscheidender Bedeutung ist, einschließlich AAVs, die in den beiden von der FDA zugelassenen Gentherapien verwendet werden.
Diese Ergebnisse wurden sowohl in In-vitro- als auch In-vivo-Mausmodellen gefunden und liefern ein weiteres mechanistisches Verständnis, um zu erklären und vorherzusagen, wie AAV-Gentherapien auf Gewebe und Zellen abzielen, sagte die Hauptautorin der Studie, Amanda M. Dudek, PhD, who hat diese Forschung am Mass. Eye and Ear abgeschlossen und ist jetzt Postdoktorand an der Stanford University.
"Unsere Studie beleuchtet die mechanistische Rolle von GPR108 beim AAV-Eintritt. Mit diesem Wissen können Wissenschaftler ihr Verständnis der Sicherheit der AAV-Gentherapie, des Gen-Targetings und anderer Eigenschaften dieser neuartigen Wirkstoffklasse weiter verbessern", sagte Dudek.
Dr. Das Team von Vandenberghe plant, diesen Mechanismus und die Biologie von AAVs weiter zu untersuchen, in der Hoffnung, diese Vektoren für Therapien zu optimieren. Ihr Team arbeitet an der Entwicklung von Vektoren, die auf spezifische genetische Augenerkrankungen wie Retinitis pigmentosa und das Usher-Syndrom abzielen.
"Genbasierte Therapien für Augenkrankheiten sind ein wichtiger Schwerpunkt unserer Forschungsmission bei Massachusetts Eye and Ear, wo es unser Ziel ist, Blindheit zu beenden. Diese neueste Arbeit von Dr. Vandenberghe und Kollegen ist ein wichtiger Durchbruch in unserem Verständnis viraler Vektoren und wird die weitere Entwicklung dieser vielversprechenden Klasse von AAV-Therapien leiten", sagte Joan W. Miller, MD, Chief of Ophthalmology bei Massachusetts Eye and Ear und Massachusetts General Hospital und Lehrstuhl für Augenheilkunde und David Glendenning Cogan Professor für Augenheilkunde an der Harvard Medical School.
Die Finanzierung der Studie wird von den National Institutes of He alth (NIH R01 AI130123, Lonza Houston und Giving Grousbeck Fazzalari) unterstützt.
Zusätzlich zu Dr. Vandenberghe und Dudek, Studienautoren sind Nerea Zabaleta, Eric Zinn, Sirika Pillay, James Zengel, Caryn Porter, Jennifer Santos Franceschini, Reynette Estelien und Jan E. Carette vom Institut für Mikrobiologie und Immunologie der Stanford University sowie Guo Ling Zhou vom Massachusetts General Krankenhauszentrum für Computational and Integrative Biology.
