Gene Therapy Targeting of CNTFRalpha and CLC in Muscle to Treat ALS

靶向肌肉中 CNTFRα 和 CLC 的基因疗法治疗 ALS

• 批准号: 10427242
• 负责人: Alexander John MacLennan
• 金额: $ 40.59万
• 依托单位: UNIVERSITY OF CINCINNATI
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2019-09-15 至 2024-06-30
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10427242
• 关键词: Amyotrophic Lateral Sclerosis; Anatomy; Animals; Capsid; Cessation of life; Ciliary Muscle; Ciliary Neurotrophic Factor; Ciliary Neurotrophic Factor Receptor; Clinical; Codon Nucleotides; Complementary DNA; Complex; Denervation; Diagnosis; Disease; Dose; Engineering; Female; Future; Genetic; Hand Strength; Human; Immunohistochemistry; In Situ Hybridization; Individual; Induced Mutation; Infrastructure; Injections; Label; Lead; Ligands; Modeling; Molecular; Motor; Motor Neurons; Mus; Muscle; Nerve; Pathogenesis; Patients; Pharmacodynamics; Population; Presynaptic Terminals; Procedures; Production; Proteins; Quantitative Reverse Transcriptase PCR; RNA; Reporting; Research; Resolution; Route; Running; Site; Symptoms; Testing; Therapeutic; Therapeutic Effect; Toxicology; Work; adeno-associated viral vector; amyotrophic lateral sclerosis therapy; axon regeneration; cardiotrophin 1; cell type; clinical development; clinical practice; cytokine; effective therapy; experimental study; gene therapy; intravenous administration; knock-down; male; motor neuron degeneration; motor recovery; optimal treatments; phase I trial; preservation; promoter; protein expression; rational design; response; side effect; targeted treatment; treatment effect; treatment optimization; vector

Project Summary: Muscle ciliary neurotrophic factor receptor α (CNTFRα) expression is induced: 1) by denervating nerve lesion53-55, 2) in human denervating diseases56,57, including ALS56, and 3) in all ALS models tested. Muscle CNTFRα knockdown inhibits motor neuron (MN) axon regeneration and motor recovery after nerve lesion53 and accelerates disease in all the ALS models, suggesting the muscle CNTFRα induction is a neuroprotective response that could be enhanced to treat ALS. We increased muscle CNTFRα in SOD1G93A ALS mice with an AAV vector (AAV1.1-CNTFRα), extending survival and increasing motor function (without side effect) even when started well after symptom onset, making it arguably the most clinically promising treatment to date since human ALS is not treated until well after symptom onset58-61. We find vector-derived CNTFRα protein translocated to MNs and increased MN terminals, suggesting a mechanism of action. This treatment should: 1) inhibit most/all ALS, 2) work independent of ALS causes, and 3) be translatable since muscle expression can be increased with approved human gene therapy techniques42-47,49,50, like those we use here. The ligand most likely involved in muscle CNTFRα's anti-ALS effects is muscle cardiotrophin-like cytokine (CLC). We similarly increased muscle CLC in SOD1G93A mice, again extending survival without side effect, making it another very promising new ALS treatment. Combining the two treatments suggests this could be an even more effective treatment. We will: Aim 1: Optimize and Characterize muscle CNTFRα enhancement as an ALS treatment. To maximize effect, we will dose response test in SOD1G93A mice: 1) a codon optimized CNTFRα cDNA, 2) an AAV capsid with greatly enhanced muscle transduction (AAV1.1), 3) a muscle specific promotor (tMCK), 4) self-complementary AAV for faster and greater expression, and 5) IV injection of another next-gen capsid (AAV2i8) for transduction of more muscles. The best treatment will be further examined with: 1) rotarod and grip strength tests, 2) qRT-PCR and in situ hybridization for vector- derived CNTFRα RNA, 3) HA tag anatomy to localize vector-derived CNTFRα protein and identify potential sites of action, 4) multi-label immunohistochemistry to determine effects on ALS degeneration, and 5) two other diverse ALS models (SOD1G37R and TDP-43Q331K mice) to broadly test the treatment. Aim 2: Optimize and Characterize muscle CLC enhancement as an ALS treatment. We will run experiments exactly as in Aim 1, except with CLC instead of CNTFRα. Aim 3: Optimize and Characterize combined CNTFRα and CLC treatment. Muscle CLC and CNTFRα are likely released as a MN protective CLC/CNTFRα complex such that an increase in both CLC and CNTFRα may further enhance efficacy. A pilot with a 1:1 ratio of the non-optimized CLC and CNTFRα vectors found a substantially enhanced effect in females. We will test other ratios with CNTFRα and CLC treatments optimized in Aims 1 and 2, to further increase the female effect and potentially enhance effect in males. Best treatments will then be fully characterized as in Aims 1 and 2.

项目摘要：肌肉睫状神经营养因子受体 α (CNTFRα) 表达的诱导：1) 去神经神经损伤53-55, 2) 人类去神经疾病56,57，包括 ALS56，以及 3) 所有 ALS 模型 已测试。肌肉 CNTFRα 敲低抑制运动神经元 (MN) 轴突再生和运动恢复 神经损伤 53 并加速所有 ALS 模型中的疾病，表明肌肉 CNTFRα 诱导是一种 可以增强神经保护反应来治疗 ALS。我们增加了 SOD1G93A 中的肌肉 CNTFRα 带有 AAV 载体 (AAV1.1-CNTFRα) 的 ALS 小鼠，可延长生存时间并增强运动功能（无需 副作用），即使是在症状出现后不久就开始使用，这使其可以说是临床上最有希望的 迄今为止的治疗，因为人类 ALS 直到症状出现后很久才得到治疗58-61。我们发现向量衍生的 CNTFRα 蛋白易位至 MN 并增加 MN 末端，表明其作用机制。这 治疗应该：1) 抑制大部分/全部 ALS，2) 独立于 ALS 原因发挥作用，3) 可转化，因为 通过批准的人类基因治疗技术可以增加肌肉表达42-47,49,50，就像我们使用的那些技术 这里。最有可能参与肌肉 CNTFRα 抗 ALS 作用的配体是肌肉心肌营养蛋白样 细胞因子（CLC）。我们同样增加了 SOD1G93A 小鼠的肌肉 CLC，再次延长了无侧生存期 效果，使其成为另一种非常有前途的新 ALS 治疗方法。结合这两种治疗方法表明这可能 成为更有效的治疗方法。我们将： 目标 1：优化和表征肌肉 CNTFRα 增强作为 ALS 治疗方法。为了最大限度地发挥效果，我们将在 SOD1G93A 小鼠中进行剂量反应测试：1) a 密码子优化的 CNTFRα cDNA，2) 肌肉转导能力大大增强的 AAV 衣壳 (AAV1.1)，3) a 肌肉特异性启动子 (tMCK)，4) 自我互补 AAV，可实现更快、更强的表达，以及 5) IV 注射另一种下一代衣壳（AAV2i8）以转导更多肌肉。最好的治疗方法将是 进一步检查：1) 转棒和握力测试，2) qRT-PCR 和载体原位杂交 衍生的 CNTFRα RNA，3) HA 标签解剖学，用于定位载体衍生的 CNTFRα 蛋白并识别潜力 作用位点，4) 多标记免疫组织化学以确定对 ALS 变性的影响，以及 5) 两个 其他不同的 ALS 模型（SOD1G37R 和 TDP-43Q331K 小鼠）广泛测试治疗。目标 2：优化 将肌肉 CLC 增强作为 ALS 治疗的特征。我们将完全按照以下方式进行实验 目标 1，除了用 CLC 代替 CNTFRα。目标 3：优化和表征组合的 CNTFRα 和 CLC治疗。肌肉 CLC 和 CNTFRα 可能作为 MN 保护性 CLC/CNTFRα 复合物释放 因此，CLC 和 CNTFRα 的增加可能会进一步增强疗效。飞行员的比例为 1:1 未优化的 CLC 和 CNTFRα 载体发现对女性的效果显着增强。我们将测试其他 在目标 1 和 2 中优化 CNTFRα 和 CLC 治疗的比率，以进一步增加女性效应和 可能增强男性的效果。然后，如目标 1 和 2 所示，将充分表征最佳治疗方法。