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: 10625824
• 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/10625824
• 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.

肌萎缩性脊髓侧索硬化症 (ALS) 是一种进行性神经退行性疾病，是由于两者丧失所致  大脑和脊髓中的上运动神经元和下运动神经元。 ALS 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）和 2-5 年预期寿命。 一  对抗 ALS 的方法是输送神经营养因子来保护受损的运动神经元，但这是  取决于关键神经营养蛋白受体的表达和适当的亚细胞定位。  神经营养素  受体活性取决于特定膜微域的定位，称为  膜/脂筏 (MLR)。 我们的小组已经证明，caveolin-1 (Cav-1)（一种 MLR 支架蛋白）是  神经保护作用，增加神经营养蛋白受体的 MLR 定位，并增强线粒体健康和  对压力的适应。 此外，体内递送神经元靶向的Cav-1（使用神经元特异性突触蛋白  启动子 [SynCav1]) 增加 MLR 形成和神经营养蛋白受体（例如 TrkB）对 MLR 的定位，  增强神经可塑性，并显着改善行为。 为了进行概念验证实验，我们生成了  突触蛋白驱动的 Cav-1 过表达小鼠 (SynCav1 TG)，并将其与含有  与 ALS 相关的人类突变超氧化物歧化酶 1 (hSOD1G93A)。 与 hSOD1G93A 相比，  hSOD1G93A/SynCav1+ 小鼠表现出保持体重、存活时间更长、运动诱发能力更强  潜力（即更大的振幅和更低的延迟）、更好的跑轮性能和更多的 α 电机  胸椎和腰椎的神经元。 此外，小鼠有更多的 MLR 和 MLR 相关的  脊髓组织中的 TrkB。  初步数据显示，AAV9-SynCav1 经软膜下脊髓递送至  hSOD1G93A 大鼠改善 MEP 功能和前肢握力，这表明可以使用 SynCav1  作为一种新颖的治疗干预措施，可逆转 ALS 等神经退行性疾病。 我们的首要任务  假设 SynCav1 基因在体内单独传递或与 TrkB 激动剂结合传递将  改善 ALS SOD1G93A 小鼠模型的运动功能并延长生存期。 新范式  该项目引入的方法在于使用单一基因干预方法，SynCav1 到 1) 重新建立  极化膜信号平台，2) 增强神经营养蛋白信号传导，3) 增强神经可塑性，以及 4)  延长 ALS 患者的生存期。  我们的研究代表的不仅仅是渐进式的进步  将使用新型基因治疗干预措施与特定受体靶向药理学相结合来恢复  并增强促生长信号传导、轴突和树突生长，以及新的功能性突触的形成  ALS 模型的脊髓。  拟议的研究将尝试使用一种新颖的遗传方法来  利用身体的神经可塑性和神经再生的自然潜力。 通过过度表达 Cav-1  特别是在中枢神经系统运动神经元中与神经营养性受体激动相结合，我们的最终长期目标是  改善患有 ALS 的退伍军人的神经肌肉功能并延长生存期。  因此，该研究已  与我们退伍军人的长期健康有直接的临床相关性。