La terapia genica universale per le malattie del sangue prende di mira i percorsi a valle / Universal Gene Therapy for Blood Disorders Targets Downstream Pathways

 La terapia genica universale per le malattie del sangue prende di mira i percorsi a valle / Universal Gene Therapy for Blood Disorders Targets Downstream Pathways

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I ricercatori della Harvard Medical School hanno sviluppato una terapia genica universale per l'anemia di Diamond-Blackfan (DBA), un raro disturbo genetico caratterizzato da eritropoiesi compromessa causata da mutazioni delle proteine ​​ribosomiali. Secondo un articolo di ricerca di Cell Stem Cell, l'approccio comporta il controllo dell'espressione di GATA1, un fattore di trascrizione cruciale nell'eritropoiesi, solo nelle cellule eritroidi in via di sviluppo utilizzando un potenziatore specifico per gli eritroidi chiamato hG1E. Queste scoperte gettano le basi per un primo studio clinico di terapia genica universale sull'uomo e creano un nuovo approccio al trattamento dei disturbi ematopoietici concentrandosi sui percorsi a valle anziché riparare o sostituire direttamente i geni danneggiati.

Le mutazioni DBA influenzano la traduzione di GATA1

La DBA è una condizione caratterizzata da una produzione alterata di globuli rossi (RBC) che di solito viene trattata con trasfusioni croniche, corticosteroidi o trapianto di cellule staminali ematopoietiche (HSC). Fino a 37 geni distinti possono avere mutazioni che causano la DBA, con le mutazioni RPS19 che rappresentano circa il 25% dei casi. Sebbene la somministrazione lentivirale del gene RPS19 abbia mostrato un successo preclinico, non si applica a più del 75% dei pazienti DBA che non hanno mutazioni RPS19.

Le mutazioni DBA convergono per diminuire i livelli di ribosoma, influenzando preferenzialmente la traduzione di specifici mRNA, in particolare il regolatore principale ematopoietico GATA1. Inoltre, le mutazioni GATA1 con perdita di funzione possono causare DBA.

I ricercatori del laboratorio di Vijay Sankaran hanno precedentemente dimostrato che aumentare l'espressione di GATA1 nei campioni di midollo osseo di pazienti con DBA è sufficiente per superare i difetti di differenziazione eritroide in vitro, il che implica che ripristinare livelli sufficienti di proteina GATA1 potrebbe essere una via terapeutica per i pazienti con DBA indipendentemente dal genotipo. Il mantenimento a lungo termine delle HSC (LT-HSC) è ostacolato dall'espressione incontrollata di GATA1 nelle HSC, rendendo necessario un approccio basato sul lignaggio per aumentare l'espressione di GATA1 esclusivamente nei globuli rossi.

Terapia genica GATA1 perfezionata

Sulla base delle loro precedenti scoperte, il gruppo di Sankaran ha replicato il modello temporale dell'espressione endogena di GATA1 identificando potenziatori regolatori umani a monte del gene GATA1 che guidano l'espressione limitata agli eritroidi. In particolare, l'autore principale Richard A. Voit, MD, PhD, e colleghi hanno identificato tre regioni del DNA che sono accessibili solo durante la maturazione eritroide e legate da fattori di trascrizione eritroidi. Questi potenziatori limitati al lignaggio sono stati concatenati per formare l'elemento potenziatore umano di GATA1 (hG1E), che è stato poi distribuito con un vettore lentivirale di grado clinico per massimizzare la sintesi proteica di GATA1 nei progenitori eritroidi.

L'applicazione del vettore hG1E-GATA1 alle cellule staminali/progenitrici ematopoietiche umane (HSPC) in coltura e xenotrapianto ha promosso la normale maturazione ed accelerato la differenziazione eritroide precoce senza compromettere la funzione delle HSC. Inoltre, il metodo ha aumentato efficacemente la produzione eritroide in diversi modelli DBA in vitro ed in vivo, inclusi campioni di pazienti primari da pazienti DBA con varie mutazioni (ad esempio, RPL5, RPS19). Il trattamento ha superato il solito blocco dell'eritropoiesi stimolando la differenziazione eritroide nella maggior parte dei campioni di pazienti DBA. Inoltre, la terapia genica è stata ben tollerata, senza alcun impatto negativo sulla differenziazione non eritroide.

Fondamentalmente, l'esame dei siti di integrazione del vettore hG1E-GATA1 nelle cellule umane non ha rivelato alcuna integrazione preferenziale in prossimità di geni collegati al cancro, indicando un profilo sicuro per l'applicazione clinica. Inoltre, non vi erano indicazioni di espansione clonale associata a rischi oncogeni nella dinamica dei cloni nei modelli di topi.

Sebbene i risultati osservati siano promettenti, mostrando un aumento fino a 21 volte nella produzione eritroide, ci sono delle limitazioni. Lo studio non conferma ancora se questi risultati preclinici si tradurranno in benefici clinici per i pazienti DBA, in particolare per quanto riguarda l'alleviamento dell'anemia. Tuttavia, la terapia hG1E-GATA1 può fornire un miglioramento più significativo nell'eritropoiesi rispetto ad altri trattamenti, come la terapia con corticosteroidi e l'aggiunta del gene RPS19. In definitiva, gli studi clinici devono convalidare la sicurezza ed il potenziale terapeutico di questo approccio.

ENGLISH

Researchers at the Harvard Medical School have developed a universal gene therapy for Diamond-Blackfan Anemia (DBA), a rare genetic disorder characterized by impaired erythropoiesis caused by ribosomal protein mutations. According to a Cell Stem Cell research article, the approach entails controlling the expression of GATA1, a crucial transcription factor in erythropoiesis, only in developing erythroid cells using an erythroid-specific enhancer called hG1E. These discoveries lay the groundwork for a first-in-human universal gene therapy clinical trial and create a novel approach to treating hematopoietic disorders by focusing on downstream pathways instead of directly fixing or swapping out damaged genes.

DBA mutations affect GATA1 translation

DBA is a condition characterized by impaired red blood cell (RBC) production that is usually treated with chronic transfusions, corticosteroids, or hematopoietic stem cell (HSC) transplantation. Up to 37 distinct genes can have mutations that cause DBA, with RPS19 mutations accounting for around 25% of cases. Although lentiviral delivery of the RPS19 gene has shown preclinical success, it does not apply to more than 75% of DBA patients who do not have RPS19 mutations.

DBA mutations converge to diminish ribosome levels, preferentially affecting the translation of specific mRNAs, particularly the hematopoietic master regulator GATA1. Furthermore, loss-of-function GATA1 mutations can bring on DBA.

Researchers from Vijay Sankaran’s lab previously demonstrated that increasing GATA1 expression in bone marrow samples from patients with DBA is sufficient to overcome erythroid differentiation defects in vitro, implying that restoring sufficient GATA1 protein levels could be a therapeutic avenue for DBA patients regardless of genotype. Long-term HSC (LT-HSC) maintenance is hampered by unchecked GATA1 expression in HSCs, necessitating a lineage-based approach to boost GATA1 expression exclusively in RBCs.

Fine-tuned GATA1 gene therapy

Building on their earlier findings, Sankaran’s team replicated the temporal pattern of endogenous GATA1 expression by identifying human regulatory enhancers upstream of the GATA1 gene that drive erythroid-restricted expression. Specifically, lead author Richard A. Voit, MD, PhD, and colleagues identified three DNA regions that are only accessible during erythroid maturation and bound by erythroid transcription factors. These lineage-restricted enhancers were concatenated to form the human GATA1 enhancer (hG1E) element, which was then delivered with a clinical-grade lentiviral vector to maximize GATA1 protein synthesis in erythroid progenitors.

Applying the hG1E-GATA1 vector to human hematopoietic stem/progenitor cells (HSPCs) in culture and xenotransplantation promoted normal maturation and accelerated early erythroid differentiation without compromising HSC function. Additionally, the method effectively increased erythroid production in several in vitro and in vivo DBA models, including primary patient samples from DBA patients with various mutations (e.g., RPL5, RPS19). The treatment overcame the usual erythropoiesis block by stimulating erythroid differentiation in most DBA patient samples. Additionally, the gene therapy was well-tolerated, with no negative impact on non-erythroid differentiation.

Crucially, examination of the hG1E-GATA1 vector’s integration sites in human cells revealed no preferential integration close to genes linked to cancer, indicating a safe profile for clinical application. Moreover, there were no indications of clonal expansion associated with oncogenic risks in the dynamics of clones in mouse models.

While the observed results are promising—showing up to a 21-fold increase in erythroid production—there are limitations. The study does not yet confirm whether these preclinical results will translate into clinical benefits for DBA patients, particularly regarding anemia alleviation. However, hG1E-GATA1 therapy may provide a more significant improvement in erythropoiesis when compared to other treatments, such as corticosteroid therapy and RPS19 gene addition. Ultimately, clinical trials must validate this approach’s safety and therapeutic potential.

Da:

https://www.insideprecisionmedicine.com/topics/translational-research/universal-gene-therapy-for-blood-disorders-targets-downstream-pathways/