Neuron-targeted caveolin-1 as a gene therapy for ALS

神经元靶向的 Caveolin-1 作为 ALS 的基因疗法

• 批准号: 10027254
• 负责人: BRIAN P HEAD
• 金额: --
• 依托单位: VA SAN DIEGO HEALTHCARE SYSTEM
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2020-01-01 至 2022-09-30
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10027254
• 关键词: ALS2 gene; Adopted; Affinity; Age; Age of Onset; Agonist; Amyotrophic Lateral Sclerosis; Axon; Behavior; Binding; Blood - brain barrier anatomy; Body Weight; Brain; Brain Stem; Brain-Derived Neurotrophic Factor; Caveolins; Cell membrane; Chest; Cicatrix; Complex; Data; Diffuse; Disease; Dissociation; Dose; Engineering; Etiology; FDA approved; Forelimb; Gender; Gene Delivery; Genes; Genetic Enhancement; Goals; Growth; Growth Factor; Hand Strength; Health; Hippocampus (Brain); Human; Hyperreflexia; Incidence; Individual; Inherited; Intervention; Intraventricular; Lateral; Learning; Life; Life Expectancy; Limb structure; Link; Longevity; Measures; Mediating; Membrane; Membrane Lipids; Membrane Microdomains; Memory; Military Personnel; Mitochondria; Modeling; Motor Evoked Potentials; Motor Neurons; Mus; Muscle Weakness; Muscular Atrophy; Names; Nerve Growth Factor Receptors; Nerve Regeneration; Neurodegenerative Disorders; Neuronal Plasticity; Neurons; Oropharyngeal; Oxides; Paralysed; Performance; Persons; Pesticides; Pharmacology; Phenotype; Quality of life; Rattus; Research; Rilutek; Riluzole; Risk; Risk Factors; Rodent; Running; Scaffolding Protein; Sclerosis; Services; Signal Transduction; Specificity; Spinal Cord; Stress; Symptoms; Synapses; Synapsins; Testing; Therapeutic; Therapeutic Intervention; Thinness; Time; Tissues; Tobacco; Tongue; Transgenic Mice; Trauma; United States; Ventral Roots; Vertebral column; Veterans; Work; aged; amyotrophic lateral sclerosis therapy; analog; caveolin 1; clinically relevant; combat; early onset; experimental study; gene therapy; genetic approach; improved; improved functioning; in vivo; knock-down; lead exposure; male; motor function improvement; mouse model; mutant; neuromuscular function; neuronal growth; neurotrophic factor; novel; novel strategies; novel therapeutic intervention; overexpression; phenylmethylpyrazolone; preservation; promoter; receptor; small molecule; spasticity; superoxide dismutase 1

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a progressive neurodegenerative disease resulting from loss of both  upper and lower motor neurons in the brain and spinal cord. ALS symptoms include diffuse muscle weakness,  muscle atrophy, spasticity and hyperreflexia (upper), paralysis (lower), and 2-­5 year life expectancy. One  approach to combat ALS is delivery of neurotrophic factors to protect damaged motor neurons, but this is  dependent upon expression and proper subcellular localization of key neurotrophin receptors.  Neurotrophin  receptor activity is dependent upon localization to specialized membrane microdomains termed  membrane/lipid rafts (MLR). Our group has shown that caveolin-­1 (Cav-­1), an MLR-­scaffolding protein, is  neuroprotective, increases MLR-­localization of neurotrophin receptors, and enhances mitochondrial health and  adaptation to stress. Moreover, in vivo delivery of neuron-­targeted Cav-­1 (using a neuron-­specific synapsin  promoter [SynCav1]) increases MLR formation and neurotrophin receptor (e.g., TrkB) localization to MLR,  enhances neuroplasticity, and significantly improves behavior. For proof-­of-­concept experiments, we generated  a synapsin-­driven Cav-­1 overexpressing mouse (SynCav1 TG) and crossed it with a mouse that contains the  human mutant superoxide dismutase 1 (hSOD1G93A) that is linked to ALS. When compared to hSOD1G93A,  hSOD1G93A/SynCav1+ mice demonstrated preserved body weight and longer survival, greater motor evoked  potentials (i.e., greater amplitude and lower latency), better running wheel performance, and more α motor  neurons in the thoracic and lumbar vertebral column. Furthermore, mice had more MLR and MLR-­associated  TrkB in spinal cord tissue.  Preliminary data show that subpial spinal cord delivery of AAV9-­SynCav1 to  hSOD1G93A rats improves MEP function and forelimb grip strength, which suggests that SynCav1 may be used  as a novel therapeutic intervention to reverse neurodegenerative diseases such as ALS. Our overarching  hypothesis is that SynCav1 gene delivery in vivo alone or in combination with a TrkB agonist will  improve motor function and extend survival in a SOD1G93A mouse model of ALS. The New Paradigm that  this project introduces lies in the approach of using a single genetic intervention, SynCav1 to 1) re-­establish a  polarized membrane signaling platform, 2) augment neurotrophin signaling, 3) enhance neuroplasticity, and 4)  extend survival in the setting of ALS.  Our study represents more than an incremental advancement in that it  will use a novel gene therapy intervention combined with specific receptor-­targeted pharmacology to restore  and augment pro-­growth signaling, axonal and dendritic growth, and formation of newly, functional synapses in  the spinal cord of ALS models.  The proposed research will attempt to use a novel genetic approach to  harness the body’s natural potential for neuroplasticity and neuroregeneration. By over-­expressing Cav-­1  specifically in CNS motor neurons combined with neurotrophic receptor agonism, our ultimate long-­term goal is  to improve neuromuscular function and prolong survival in Veterans afflicted ALS.  As such, the research has  direct clinical relevance to the long-­term health of our Veterans.

肌萎缩侧索硬化症(ALS)是一种进行性神经退行性疾病，由两者的缺失引起。 上肢和下肢运动神经元分布于大脑和脊髓。肌萎缩侧索硬化症的症状包括弥漫性肌肉无力。 肌肉萎缩、痉挛和反射亢进(上)、瘫痪(下)，以及2-5岁的预期寿命。 抗击肌萎缩侧索硬化症的方法是使用一系列神经营养因子来保护受损的运动神经元，但这一方法是正确的。 依赖于关键的神经营养因子受体的表达和适当的亚细胞定位。 受体的活性不依赖于其对被称为微域的专门化膜的定位。 膜/脂支架蛋白(MLR)。我们的研究小组已经证明，作为一种重要的MLR支架蛋白，小窝蛋白-1(Cav-1)是。 神经保护，增加神经营养因子受体的MLR定位能力，增强线粒体的健康水平。 适应依赖于压力。此外，在体内，我们还发现了神经元靶向的突触素Cav-1(使用一种神经元特异性突触素)的递送过程。 启动子[SynCav1])可以增加MLR的形成能力和神经营养因子受体(如TrkB)的本地化能力。 增强了他们的神经可塑性，并显著改善了他们的行为。对于概念验证的实验，我们产生了。 一个由突触蛋白驱动的基因Cav-1过表达了小鼠基因(SynCav1和TG)，并将其与一个包含基因的小鼠基因交叉。 人类基因突变超氧化物歧化酶-1基因(HSOD1G93A)表明，它与ALS无关。当与hSOD1G93A相比时，。 HSOD1G93A/SynCav1+的小鼠表现出体重得到保护和更长的存活时间，以及更大的运动诱发。 潜力更大(即更大的波幅和更低的潜伏期)，更好的车轮运行性能，以及更多的α和电机。 神经元分布在胸椎和腰椎。此外，小鼠的MLR和与MLR相关的MLR更多。 TrkB参与了脊髓组织的研究。初步的研究数据显示，硬膜下脊髓组织的AAV9--SynCav1的交付速度比AAV9--SynCav1的交付速度快。 HSOD1G93A使大鼠的MEP功能得到改善，前肢握力得到改善，这表明SynCav1可能还没有被使用。 作为一种全新的治疗性医疗干预措施，它可以逆转其他神经退行性疾病，如肌萎缩侧索硬化症。这是我们的首要任务。 假设SynCav1基因在体内的传递不是单独的，也不是与TrkB受体激动剂的联合应用。 在ALS的SOD1G93A小鼠模型模型中，改善运动功能，延长生存时间。这是一个新的研究范式。 这个项目介绍了一种新的方法，即使用单一的遗传基因干预，从SynCav1到SynCav1)重建一个新的基因。 极化的膜信号转导平台，(2)增强神经营养素的信号转导，(3)增强神经可塑性，(4)。 延长ALS患者的存活率。我们的研究表明，在ALS患者中，延长存活率不仅是一种渐进式的进步，而且是一种进步。 我们将使用一种全新的基因治疗和干预，并结合一种特定的受体靶向的药物药理作用来恢复。 并增强促生长信号、轴突和树突状突触的生长，促进和形成新的、功能性的突触。 这是ALS基因模型的第一个脊髓移植。我们提议的基因研究团队将尝试使用一种全新的遗传基因移植方法。 利用人体最自然和潜在的神经可塑性和神经再生能力。通过过度表达Cav-1来实现。 具体地说，在中枢神经系统运动神经元与神经营养因子受体激动症相结合的情况下，我们的终极目标是长期目标。 为了更好地改善退伍军人的神经肌肉功能，延长患有肌萎缩侧索硬化症的退伍军人的生存时间。有鉴于此，世界研究机构已经采取了措施。 直接的临床相关性关系到我们退伍军人的长期健康问题。