WO1996021733A2 - Transfert of dna in cells with the view to correcting the adrenoleucodystrophy - Google Patents

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WO1996021733A2
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Jean-Louis Mandel
Patrick Aubourg
Jean Mosser
Claude-Olivier Sarde
Nathalie Cartier
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Institut National De La Sante Et De La Recherche Medicale
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    • C12N2740/13043Use of virus, viral particle or viral elements as a vector viral genome or elements thereof as genetic vector

Definitions

  • the invention relates to means which can be used for the transfer into target cells of a cDNA fragment coding for a protein whose absence or mutation is responsible for a genetic disease, adrenoleukodystrophy (ALD), but also adreneuromyomyopathy.
  • the gene whose abnormality is responsible for these pathologies is located at the Xq28 end of the X chromosome.
  • the present invention also relates to recombinant cells (target cells) modified by a cDNA fragment coding for a protein whose absence or the mutation is responsible for ALD or related pathologies, these cells being capable of being used for implantation in vivo for therapeutic purposes.
  • Adrenoleukodystrophy is a lethal disease causing progressive demyelination of the central nervous system, and caused by mutations in a gene coding for a protein called ALDp, located at the peroxisomal membrane. This disease is associated with a defect in the oxidation of very long chain fatty acids, and consequently their accumulation in various types of tissue.
  • normal protein corresponding to the "normal” gene which, when mutated, can lead to an ALD type pathological condition, having no specific biological name, will be defined using the term corresponding to the disease: - the gene called "normal ALD gene” or "ALD gene” is the normal gene which, when mutated, can lead to a pathology of the adrenoleukodystrophy type in a patient. It was characterized in the publication of Mosser et al. (Nature n ° 361,726-730, 1993), - normal ALDp is the protein encoded by the ALD gene whose abnormalities are genetically responsible for adrenoleukodystrophy,
  • ALD fibroblasts are fibroblasts of patients whose ALD gene is mutated and which express the pathological biochemical phenotype of ALD.
  • a correction of the defective gene has been envisaged by the inventors in particular to remedy certain difficulties linked to the technique of bone marrow transplantation.
  • This correction involves the introduction into target cells intended to be administered to a patient, of a nucleic acid sequence capable of expressing in these target cells, the protein normally encoded by the gene whose mutation can lead to a ALD-like pathology, or a polypeptide derived from this protein, used to correct the abnormality correlated with ALD.
  • this nucleic acid in particular of the gene coding for the ALDp protein or of the cDNA or of a fragment of this cDNA coding for the ALDp protein, must be carried out taking care to choose a vector compatible with l nucleic acid, in particular the cDNA fragment inserted on the one hand, and allowing the expression of a protein intended to integrate into the peroxisomal membrane on the other hand.
  • the retroviral vector M48 derived from the oloney Mo-MLV retrovirus could also allow the expression of a gene coding for a structural protein. , in this case a transmembrane protein.
  • This solution using the techniques of gene therapy, included a first step in studying the possibility of correcting _ 'vitro abnormal phenotype skin fibroblasts which the cDNA of the gene responsible for ALD had been transfected.
  • the inventors have observed that the correction of the effects on metabolism of adrenoleukodystrophy, requiring the integration of the normal protein into the membrane of the peroxisome, was achieved by the combination of the vector M48 and a fragment of the cDNA. encoding said protein.
  • the invention therefore relates to a recombinant vector which can be used to introduce a nucleic acid sequence into a target cell, characterized in that it comprises:
  • nucleotide sequence derived from a cDNA of the gene whose mutation is responsible for adrenoleukodystrophy or adrenomyyelopathy and which codes for a membrane protein
  • the nucleotide sequence derived from the ALD gene or its cDNA introduced into the vector is capable of coding for a functional ALDp protein in the target cells transformed with the vector.
  • the term “functional” is meant in the context of the present invention, the ability of the protein thus produced to contribute to the correction at least in part of the effects on the metabolism resulting from the ALD pathology.
  • the use for therapeutic purposes of the vectors of the invention, in particular retroviral vectors, as well as recombinant cells containing them, can be envisaged on animal subjects including man.
  • the present invention provides means for transfection in vitro or in vivo of cells expressing the gene whose abnormalities are responsible for adrenoleukodystrophy.
  • the invention defines a recombinant retroviral vector which allows the expression of the normal ALD gene after integration into the genome of said cells called target cells.
  • the invention relates to recombinant retroviral vectors comprising a cDNA fragment coding for a protein capable of integrating into the peroxisomal membrane of the cells in which it has been expressed.
  • These recombinant retroviral vectors have the capacity to infect cells and in particular eukaryotic cells. These vectors are defective and are obtained for example by co-transfection with a transcomplementation vector carrying a sequence coding for a retroviral envelope so as to form viral particles in packaging lines.
  • the vector chosen will also have a high capacity for infecting cells, and will preferably confer long-term stability of expression of the normal ALD gene present, where appropriate, in a form integrated into the genome of the cells.
  • a recombinant vector using the M48 construction is characterized in that it comprises: - a fragment of a cDNA of the gene whose mutation is responsible for adrenoleukodystrophy or adrenoneuromyelopathy , and which codes for a membrane protein,
  • M48-ALD is a recombinant vector comprising the cDNA, coding for a so-called normal protein, constructed from the vector M48 described in particular in the patent application.
  • the recombinant retroviral vector is such that the expression of the cDNA is carried out under the control of the mouse phosphoglycerate kinase promoter.
  • the cDNA is a Spel-EcoRI fragment with a length of 2.43 kb.
  • This fragment corresponds to nucleotides 333 to 2750 of the DNA complementary to the ALD gene whose sequence has been published by Mosser et al. in 1993 (Nature 361, 726-730).
  • this cDNA fragment can be carried out according to another embodiment of the invention in another retroviral vector where the expression of the sequence is under the control of a viral LTR or of promoters active only in hematopoietic stem cells, glial cells of the central nervous system, in particular oligodendrocytes, microglial cells and Schwann cells.
  • FIG. 1 A diagram of the recombinant retroviral vector according to the invention established from the vector M48 is shown in FIG. 1.
  • a recombinant retroviral vector defined above can be further characterized in that the cDNA fragment code for a protein capable of integrating into the membrane of a cellular organelle, namely the peroxisome when this vector is introduced into a recombinant host cell.
  • the retroviral vector M48 is replaced by another retroviral vector, in particular MFG.
  • retroviral vectors derived from the Foch29 virus (WO95 / 01447) as well as the retroviruses described in patent application EP 336 822 can be cited.
  • other recombinant retroviral vectors has been widely described in the literature, in particular by Breakfield et al., New Biologis 3 (1991) 203, Bernstein et al. Broom. Eng. 7 (1985) 235, McCormick, BioTechnology 3 (1985) 689, as well as patent applications EP 453242 and EP178220.
  • retroviruses comprising a nucleic acid coding for ADLp, a plasmid comprising in particular the LTRs, the packaging sequence and said nucleic acid is constructed, then used to transfect a cell line known as packaging, capable of providing in trans the deficient retroviral functions in the plasmid which allow the preparation of defective infectious retroviral particles.
  • packaging lines are capable of expressing the gag, pol and env genes. Such packaging lines have been described in the prior art; we will refer in particular to the lineage
  • PA317 (USA, 861, 719), to the yCRIP line (WO90 / 02806) and to the GP + envAm-12 line (WO89 / 07150).
  • the recombinant retroviruses produced are then purified by conventional techniques.
  • the invention can be implemented using other vectors, in particular recombinant vectors.
  • These vectors generally comprise the nucleotide sequence derived from the gene coding for the ALDp protein or derived from the cDNA derived from this gene, under the control of signals necessary for the expression of a functional protein in a target cell.
  • the DNA which one seeks to express in the target cells is for example carried by a viral vector.
  • vectors of the "Adeno-associated-virus" or adeno virus type are examples of viruses.
  • AAV adeno-associated virus
  • Adeno-associated viruses are relatively small DNA viruses that integrate into the genome of the cells they infect, stably and site-specifically. They are capable of infecting a wide spectrum of cells, without inducing an effect on cell growth, morphology or differentiation. Furthermore, they do not seem to be involved in pathologies in humans.
  • the AAV genome has been cloned, sequenced and characterized. It comprises approximately 4,700 bases, and contains at each end an inverted repeat region (ITR) of approximately 145 bases, serving as an origin of replication for the virus.
  • ITR inverted repeat region
  • the rest of the genome is divided into two essential regions carrying the packaging functions: the 3 ′ part of the genome, which contains the rep gene involved in viral replication and in the expression of viral genes; the 5 ′ part of the genome, which contains the cap gene coding for the capsid proteins of the virus.
  • the defective recombinant AAVs according to the present invention can be prepared by co-transfection, in a cell line infected with a human helper virus (for example an adenovirus), of a plasmid containing a nucleic sequence coding for the ALDp bordered by two regions inverted repeat (ITR) from AAV, and a plasmid carrying the packaging genes (rerj and cap genes) from AAV.
  • a usable cell line is, for example, line 293.
  • the recombinant AAVs produced are then purified by conventional techniques. They can then be used to infect specific target cells, chosen in particular from cells which have been described in the preceding pages as being susceptible to infection by retroviral vectors.
  • the constructions of recombinant vectors will be carried out so as to obtain a vector having a strong capacity of infection and allowing a long term stability of the expression of the protein ALDp.
  • AAV vector as well as the retroviral vector MFG notably described by OHASHI et al. (PNAS vol.85 n ⁇ 23 M 11332-11336- 1992), are particularly used in the modification of this hematopoietic stem cells.
  • the invention also relates to recombinant cells transformed with a recombinant vector according to the invention which can be administered, or implanted in humans or animals, alone or in combination with an appropriate vehicle and producing in vivo the protein to which it has been referred to above.
  • the invention further relates to recombinant cells characterized in that they are cells having the capacity to be tolerated immunologically by the organism to which they would be administered, these cells having been previously modified by a vector of the invention , carrying the sequence coding for the ALDp protein or, where appropriate, for a functionally equivalent derived polypeptide.
  • These cells can be cells originating from the organism in which they are to be implanted after transduction in vitro with the vector of the invention. They may also or alternatively be cells lacking on their surface, antigens recognized by the immune system of the organism in which they are implanted, also transduced in vitro.
  • these recombinant cells are hematopoietic stem cells, in particular early cells, in particular the CD 34 + cell population.
  • Hematopoietic stem cells can be removed and isolated by any technique known to those skilled in the art. These different techniques may involve physical separation steps, in particular by centrifugation or cell sorting (FACS), of selection by immunological compounds such as antibodies specific for cell markers (US 4,965,204; EP 17,381 or EP 30,450) or biochemicals, in particular membrane receptor ligands (EP 405,972).
  • FACS centrifugation or cell sorting
  • the cells thus obtained can then be cultured under all sterile conditions allowing their conservation, their proliferation and / or their differentiation.
  • the culture is advantageously carried out to maintain the cells during transformation, said transformed cells then being differentiated and / or activated in vivo, after their re-administration to the patient.
  • the culture of the isolated cells can be carried out in various media known to those skilled in the art such as RPMI or IMDM, supplemented inter alia with serum, amino acids, and growth factors, in particular GM-CSF, M-CSF, the interleukins IL3, IL4, IL6 and IL11, or the SCF among others.
  • the culture is carried out under sterile conditions, preferably at 37 ° C., as illustrated in the examples. It can be carried out in culture plates or in Teflon® bags.
  • the culture conditions can be adapted by a person skilled in the art, in particular as a function of the isolated cell population or of the desired use.
  • the means described in the preceding pages allow the preparation of recombinant cutaneous fibroblasts.
  • these cells can be modified by a recombinant vector coding for a determined polypeptide, in this case the ALDp protein, this vector allowing the expression of the foreign DNA fragment - here a cDNA - in the cells.
  • the modification of these cells by a viral vector, such as a retrovirus, carrying the cDNA coding for the ADLp can be carried out according to different protocols known to those skilled in the art, to a multiplicity of infections adaptable according to the vector used, as described in the examples below.
  • the cells are incubated in the presence of a supernatant of retrovirus producing cells.
  • the percentage of stem cells modified by insertion of the recombinant nucleic acid can reach
  • the modified cells thus obtained can then be packaged for immediate use, and / or stored for later use.
  • the cells are generally suspended in a phosphate buffer or in physiological saline, at a concentration varying from 10 5 to 10 9 cells per dose.
  • the cells can be frozen, preferably in the presence of preservatives such as glycerol or DMSO.
  • the vector which can be used can also be a chemical vector, and in particular a vector promoting the entry of a nucleic acid into a cell and the integration of said nucleic acid into the cell genome.
  • cationic polymers of polylysine type, (LKLK) n it is preferred to use, within the framework of the invention, cationic polymers of polylysine type, (LKLK) n,
  • LKKL immine polyethylene and DEAE dextran or lipids cationic or lipofectants. They have the property of condensing DNA and promoting its association with the cell membrane. Among the latter, mention may be made of lipopolyamines such as lipofectamine or transfectam, various cationic or neutral lipids such as DOTMA, DOGS or DOPE, as well as peptides of nuclear origin.
  • AAV-liposome vectors as described in application WO95 / 07995 or any other plasmid vector containing an ITR sequence of AAV, capable of integrating into the genome of a cell.
  • the cells to be transformed can for example be modified by the methods known as homologous recombination.
  • the penetration of the vector into the cells is carried out using electroporation or, as described below, DNA-calcium phosphate co-precipitation.
  • the subject of the invention is also generally, the use of a sequence coding for the ALDp protein, for the preparation of compositions for therapeutic use, for the correction in a patient, of metabolic abnormalities due to a pathology of adrenoleukodystrophy type.
  • This therapeutic use involves the introduction into a cell of a nucleic acid sequence and the treatment of the patient with these cells.
  • any method involving the entry of a nucleic acid either alone or via a recombinant virus, therefore also falls within the scope of the invention.
  • the invention also relates to the use of vectors or recombinant cells according to the invention, for the preparation of a medicament for the treatment of diseases capable of being corrected by the expression of the cDNA fragment as defined above. Furthermore, the present invention relates to a method for the introduction into a body, of a cDNA or of a cDNA fragment coding for the ADLp, said method comprising:
  • said cells are cells autologous with respect to the organism, preferably hematopoietic cells, in particular of the CD34 + population.
  • This introduction method is particularly applicable to an organism of the human type.
  • FIGURES Figure 1 schematic representation of the retroviral construction M48-
  • Line 1 normal fibroblasts
  • lane 2 fibroblasts of patient 1 before transduction
  • lane 3 fibroblasts of patient 1 two weeks after transduction
  • lanes 4 and 6 fibroblasts of patient 2 before transduction
  • lane 5 fibroblasts of patient 2 two weeks after transduction
  • lane 7 fibroblasts of patient 2 two months after transduction.
  • Figure 4 expression and localization of ALDp in ALD fibroblasts before and after correction with the vector M48-ALD.
  • a and C fibroblasts from 2 patients with ALD before correction
  • B and D fibroblasts from patient 1 with ALD.
  • Figure 5 lignoceric acid oxidation (A) and hexacosanoic acid content (B) in fibroblasts from patients with ALD before and after correction with the vector M48-ALD.
  • fibroblasts which have not undergone transduction (1): fibroblasts having undergone transduction and after ten days of culture; (2): fibroblasts having undergone transduction and after two months of culture.
  • Figure 6 M48 vector in pBR 322 according to Danos and Mulligan.
  • Figure 7 cDNA sequence of the protein involved in ALD.
  • Fibroblasts from patients JL and SM were immortalized by the use of a viral construct containing a gene coding for the large T antigen of SV40 and recombined by the selection marker gene coding for neomycin phosphotransferase.
  • the cells producing the retrovirus were derived from the pZipNeoSV (X) vector system described by Jat et al. in 1986 (Mol. Cell Biol. 6, 1204-1217).
  • the ALD fibroblasts immortalized or not by SV40 as well as the packaging cell line ⁇ CRIP were cultured in a DMEM medium with 10% of newborn calf serum. All media were supplemented with 2mM glutamine, penicillin at 50 units / ml and streptomycin sulfate at 50 mg / ml.
  • the inventors isolated the 2.43 Kb Spel-EcoRI fragment from the full-length cDNA coding for normal human ALDp (FIG. 7). After having been completed and then linked to a Bell "linker", this fragment was then inserted in the sense orientation at a BamHI restriction site of the M48 retroviral vector derived from the MoMuLV Moloney murine leukemia retrovirus. The insertion required the use of linkers resulting in a modification of the sequences upstream (5 ') and downstream (3') of the cDNA of the ALD gene without the latter itself being modified. These modifications are found in FIG. 1. In this construction M48-
  • cDNA expression is under the control of the mouse phosphoglycerate kinase (PGK) gene promoter.
  • PGK mouse phosphoglycerate kinase
  • a GLU-3 control vector was obtained by inserting the ⁇ -glucuronidase gene into the same M48 vector.
  • the vectors M48-ALD and "PGK-neomycin" were co-transfected into an amphotropic packaging cell line ⁇ CRIP by means of DNA-calcium phosphate co-precipitation.
  • the transfected cells were selected in a medium containing
  • G418 (1 mg of active base per milliliter, GIBCO / BRL). Clones were isolated by "ringcloning” and amplified to generate cell lines. The recombinant M48-ALD clones were selected on the basis of positive immunofluorescence tests with anti-ALDp antibodies. The absence of the "Helper" virus was tested by virus mobilization tests.
  • ALD skin fibroblasts were first seeded at 5% confluence during the sixteen hours before infection. The cells were then incubated for eight hours with ten milliliters of M48-ALD or Glu-3 vector supernatant freshly filtered in the presence of polybrene
  • the infection is carried out twice, two consecutive days. After infection of the ALD fibroblasts, the clones producing the highest amount of recombinant M48-ALD virus were selected based on the number of integrated copies of the intact M48-ALD provirus.
  • fibroblasts per milliliter were cultured for sixteen hours in culture plates (Nunc), to then be fixed in 2% formaldehyde for four minutes, and permeabilized in PBS-Triton at a rate of 0, 1%.
  • the cells were then incubated at room temperature either with the antibodies (1D6 or 2B4) or with a keto-thiolase or peroxisomal catalase anti-serum in PBS-Triton at 0.1%, and with 500 ⁇ g / ml (of IgG of goose.
  • Biotinylated antibodies of mice for 1D6 and 1D4, and of rabbit for ketothiolase or peroxisomal catalase were added at a rate of 10 ⁇ g / ml ((Vector), and a specific labeling was revealed by the use of streptavidin Cy3 (Jackson Immunoresearch Laboratories) or streptavidin fluorescein (Vector).
  • cells were first treated with 1D6 or 2B4 antibodies, then with the peroxisomal catalase anti-serum.
  • the concentrations of very long chain fatty acids were then measured in skin fibroblasts by the use of a technique combining mass spectrometry and gas / liquid chromatography, according to a protocol described by Aubourg P. et al. (1985, J. Lipid Res. 26, 263-267).
  • the ability of fibroblasts to oxidize lignoceric acid to acetate was measured according to a protocol described by Aubourg P. et al. (1993, Ped Res. 34, 270-276).
  • ALD skin fibroblasts were then transduced with either a supernatant of yCRIP cells producing M48-ALD, or a supernatant of Glu-3-yCRIP cells.
  • Immunocytofluorescence-based studies have shown that 75 + 6% of fibroblasts in patient JL and 66 + 4% of fibroblasts in patient SL express the normal recombinant protein ALDp after two cycles of infection.
  • the proviral integration of intact M48-ALD was then demonstrated by Southern blot analysis on ALD skin fibroblasts ( Figure 2).
  • transduced ALD fibroblasts were used. in culture at confluence in a fresh medium, to then be studied by immunocytofluorescence and immunoblotting. Immunoblotting of normal fibroblasts with antibodies 1 D6 and 2B4 revealed a specific protein of 75 kDa: ALDp (FIG. 3, line 1) (Mosser et al., 1994, Hum. Mol. Genêt. 3, 265- 271). This 75 kDa band was absent in fibroblasts from patient JL ( Figure 3, lines 4 and 6).
  • an ALDp band at 75 kDa was present in the fibroblasts of the two patients with ALD (FIG. 3, lines 3 and 5). Based on the measurement of the intensity of the band, it can be observed that the expression of the ALDp is increased by five times compared to its normal value in these fibroblasts. The 75 kDa band was not detectable in ALD fibroblasts having been transduced by the control vector Glu-3.
  • the 1 D6 and 2B4 antibodies made it possible to detect, before transduction with the vector M48-ALD, a dotted line of cytoplasmic fluorescent spots in the fibroblasts of MS patients (FIG. 4), however less intense than those observed in normal fibroblasts, but could not reveal any dotted fluorescent signal in JL fibroblasts.
  • the inventors then studied the long-term expression of normal ALDp in fibroblasts treated with the vector of the invention.
  • the intensity of the band at 75 kDa detected by "immunoblotting" did not show any significant difference in skin fibroblasts
  • ALD having been transduced by the M48-ALD vector and having been cultured for a period of two months (that is to say corresponding to five passages) (FIG. 3, lines 5 to 7).
  • immunofluorescence techniques no reduction in the percentage of expression of recombinant ALDp in JL and SM patients was observed during this two-month period. Correction of the metabolism of very long chain fatty acids in fibroblasts before incorporating the vector
  • the concentrations of very long chain fatty acids were measured in ALD fibroblasts before and after transduction by the vector M48-ALD.
  • FIG. 5B shows that the content of very long chain fatty acids, in fibroblasts which have not undergone transduction from patients SM and JL, was 3.5 to 4 times higher than that of normal fibroblasts.
  • Transduction by the vector M48-ALD normalized the concentration of hexacosanoic acid in these fibroblasts (FIG. 5B), as well as the relationships between fatty acids C26: 0 / C22: 0 and C24.0 / C22.O. No change was however observed in ALD fibroblasts having undergone transduction with the control vector Glu-3.
  • Demyelinating lesions caused by ALD in the brain are diffuse. They often concern the occipital lobe and / or the frontal lobe, as well as the internal capsules. It is likely that the demyelination observed in ALD is linked to the accumulation of very long chain fatty acids in the various lipid fractions of myelin, thus causing an alteration of their physical properties as well as a destabilization of the myelin membrane.
  • Non-replicating adenoviral or herpetic vectors have been proposed for stereotactic injections with the aim of introducing foreign genes into different areas of the brain.
  • this injection approach is not suitable for ALD since it would require numerous injections at different sites in the brain.
  • Bone marrow transplantation allows the improvement of several neurodegenerative disorders, and this is explained by the replacement of abnormal microglial cells thanks to the contribution of new hematopoietic cells [Krivit, W. & Shapiro, E. 1991, in Treatment of genetic disorders (Desnick, RJ; Churchill Livingston, New York) pp.203-221].
  • retroviral vectors can efficiently transfer, as well as express, physiological amounts of glucocerebrosidase in long-lived hematopoietic cells of the bone marrow in patients with Gaucher disease (Nolta JA et al., 1992, J. Clin Invest. 90, 342-348), similar results should be obtained with ALDp in patients with adrenoleukodystrophy.
  • the vector M48-ALDP was used to correct in vitro CD34 + cells from a patient with ALD whose mutation in the ALD gene led to a complete absence of ALD protein (ALDp).
  • the CD34 + cells were purified on CelIPro columns from a sample of 100 ml of frozen marrow from an ALD patient. 5 ⁇ 10 6 CD34 + cells were thus purified, and 3 ⁇ 10 6 CD34 + cells were infected with supernatant of ⁇ CRIP clones producing recombinant M48-ALDP retroviruses under the following conditions: 5 infection cycles over 36 hours, in the presence interleukins IL3 (10 ng / ml), IL6 (10 ng / ml), SCF (50 ng / ml), and 2 x 10 4 cells / ml of supernatant. Analysis of cells in indirect immunoflorescence carried out at 24 hours with an anti-ALDp antibody showed that 21% of the cells expressed the protein
  • ALDp which was correctly targeted in peroxisomes.

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Abstract

The invention relates to a recombinant vector usuable to introduce a nucleic acid sequence into a target cell, characterized in that it comprises: a nucleotide sequence derived from a cDNA on the gene whose mutuation is responsible for the adrenoleucodystrophy or the adrenomyelopathy and which codes for a membrane protein; a retroviral vector M48 wherein said nucleotide sequence is inserted. According to an another embodiment of the invention, the vector M48 is replaced by another retroviral, viral or chemical vector.

Description

TRANSFERT D'ADN DANS DES CELLULES EN VUE D'UNE CORRECTION DE L'ADRENOLEUCODYSTROPHIE.TRANSFER OF DNA TO CELLS FOR CORRECTION OF ADRENOLEUCODYSTROPHY.
L'invention concerne des moyens utilisables pour le transfert dans des cellules cibles, d'un fragment d'ADNc codant pour une protéine dont l'absence ou la mutation est responsable d'une maladie génétique, l'adrénoleucodystrophie (ALD), mais également d'adrénoneuromyélopathie. Le gène dont l'anomalie est responsable de ces pathologies est localisé à l'extrémité Xq28 du chromosome X. La présente invention concerne par ailleurs des cellules recombinantes (cellules cibles) modifiées par un fragment d'ADNc codant pour une protéine dont l'absence ou la mutation est responsable de l'ALD ou de pathologies apparentées, ces cellules étant susceptibles d'être utilisées pour une implantation in vivo dans un but thérapeutique. L'adrénoleucodystrophie est une maladie léthale provoquant une démyélinisation progressive du système nerveux central, et causée par des mutations d'un gène codant pour une protéine appelée ALDp, localisée au niveau de la membrane peroxysomale. Cette maladie est associée à un défaut d'oxydation des acides gras à très longue chaîne, et en conséquence à leur accumulation dans divers types de tissus.The invention relates to means which can be used for the transfer into target cells of a cDNA fragment coding for a protein whose absence or mutation is responsible for a genetic disease, adrenoleukodystrophy (ALD), but also adreneuromyomyopathy. The gene whose abnormality is responsible for these pathologies is located at the Xq28 end of the X chromosome. The present invention also relates to recombinant cells (target cells) modified by a cDNA fragment coding for a protein whose absence or the mutation is responsible for ALD or related pathologies, these cells being capable of being used for implantation in vivo for therapeutic purposes. Adrenoleukodystrophy is a lethal disease causing progressive demyelination of the central nervous system, and caused by mutations in a gene coding for a protein called ALDp, located at the peroxisomal membrane. This disease is associated with a defect in the oxidation of very long chain fatty acids, and consequently their accumulation in various types of tissue.
Le gène dont la mutation peut conduire chez un patient à une pathologie de type adrénoieucodystrophie a été isolé et caractérisé par Mosser et al. (Nature n°361 ,726-730, 1993).The gene whose mutation can lead in a patient to an adrenoceukodystrophy type pathology was isolated and characterized by Mosser et al. (Nature No. 361, 726-730, 1993).
Des travaux effectués par Singh et al. en 1984 (Proc. natl. Acad. Sci. U.S.A.81 ,4203-4207) puis Moser & Moser en 1991 [The MetabolicWork done by Singh et al. in 1984 (Proc. natl. Acad. Sci. U.S.A. 81, 4203-4207) then Moser & Moser in 1991 [The Metabolic
Basis of Inherited Disease (Scriver, C.R., Beaudet, A.L., Sly, W.S. & Valle, D.;McGraw-Hill, New York) pp.1511-1532] ont démontré que le principal trouble biochimique causé par l'ALD correspond à une oxydation défectueuse d'acides gras à très longue chaîne, ainsi qu'à leur accumulation dans la matière blanche cérébrale, les glandes surrénales, les fibroblastes et le plasma. Une étude effectuée en 1992 par Singh et al. (J. biol. Chem. 267, 13306-13313) a montré que dans le cas des fibroblastes, les acides gras à très longue chaîne sont normalement transportés à travers la membrane peroxysomale. Parallèlement, il a été également démontré qu'un dysfonctionnement de la synthétase responsable de l'association du co- enzyme A et des acides gras à très longue chaîne empêche la β-oxydation de ceux-ci. Il semble que cette synthétase se situe également au niveau de la membrane peroxysomale (Hashmi et al., FEBS Lett. 196,247-250 ; Wanders et al., 1988 J; Inher. etab. Dis. 1 1 Suppl 2, 173-177). Plus récemment, la demande de brevet FR 2.108.606 a décrit l'identification ainsi que l'isolement du gène responsable de l'adrénoleucodystrophie. Les demandeurs y ont démontré que les troubles métaboliques étaient dus au caractère défectueux d'une protéine de 75 kDa, destinée à s'intégrer dans la membrane du peroxysome. Plusieurs approches thérapeutiques, incluant même un régime lipidique combinant l'administration de trioléate ainsi que de triérucate de glycérol, n'ont cependant pas permis de modifier l'évolution des lésions cérébrales dues à l'ALD.Basis of Inherited Disease (Scriver, CR, Beaudet, AL, Sly, WS & Valle, D.; McGraw-Hill, New York) pp.1511-1532] have shown that the main biochemical disorder caused by ALD corresponds to a faulty oxidation of very long chain fatty acids, as well as their accumulation in cerebral white matter, adrenal glands, fibroblasts and plasma. A 1992 study by Singh et al. (J. biol. Chem. 267, 13306-13313) has shown that in the case of fibroblasts, very long chain fatty acids are normally transported through the peroxisomal membrane. At the same time, it has also been shown that a dysfunction of the synthetase responsible for the association of coenzyme A and very long chain fatty acids prevents β-oxidation of these. It seems that this synthetase is also located at the peroxisomal membrane (Hashmi et al., FEBS Lett. 196,247-250; Wanders et al., 1988 J; Inher. Etab. Dis. 1 1 Suppl 2, 173-177) . More recently, patent application FR 2.108.606 has described the identification as well as the isolation of the gene responsible for adrenoleukodystrophy. The applicants have demonstrated there that the metabolic disorders were due to the defective nature of a 75 kDa protein intended to integrate into the membrane of the peroxisome. Several therapeutic approaches, including even a lipid diet combining the administration of trioleate as well as glycerol trierucate, have not, however, made it possible to modify the development of brain lesions due to ALD.
Les inventeurs avaient par ailleurs montré qu'une transplantation de moelle osseuse pouvait inverser le processus de démyélinisation, conséquence indirecte de l'absence de protéine normale, si cette transplantation était effectuée à un stade de développement de la maladie relativement précoce (Aubourg et al, 1990, New Engl. J. Med. 322, 1860- 1866). Cependant, afin de contourner les problèmes relatifs à l'histocompatibilité, seule une transplantation autologue de cellules de moelle osseuse restait envisageable.The inventors had also shown that a bone marrow transplant could reverse the demyelination process, an indirect consequence of the absence of normal protein, if this transplant was performed at a relatively early stage of disease development (Aubourg et al, 1990, New Engl. J. Med. 322, 1860-1866). However, in order to circumvent the problems relating to histocompatibility, only an autologous transplantation of bone marrow cells remained possible.
La protéine "normale" correspondant au gène "normal" qui, lorsqu'il est muté, peut conduire à un état pathologique de type ALD, n'ayant pas de dénomination biologique spécifique, seront définis en utilisant le terme correspondant à la maladie : - le gène dénommé "gène normal de l'ALD" ou « gène de l'ALD » est le gène normal qui, lorsqu'il est muté, peut conduire à une pathologie de type adrénoleucodystrophie chez un patient. Il a été caractérisé dans la publication de Mosser et al. (Nature n°361,726-730, 1993), - l'ALDp normale est la protéine codée par le gène de l'ALD dont les anomalies sont génétiquement responsables de l'adrénoleucodystrophie,The "normal" protein corresponding to the "normal" gene which, when mutated, can lead to an ALD type pathological condition, having no specific biological name, will be defined using the term corresponding to the disease: - the gene called "normal ALD gene" or "ALD gene" is the normal gene which, when mutated, can lead to a pathology of the adrenoleukodystrophy type in a patient. It was characterized in the publication of Mosser et al. (Nature n ° 361,726-730, 1993), - normal ALDp is the protein encoded by the ALD gene whose abnormalities are genetically responsible for adrenoleukodystrophy,
- les fibroblastes ALD sont des fibroblastes des patients dont le gène de l'ALD est muté et qui expriment le phénotype biochimique pathologique de l'ALD.- ALD fibroblasts are fibroblasts of patients whose ALD gene is mutated and which express the pathological biochemical phenotype of ALD.
Une correction du gène défectueux a été envisagée par les inventeurs notamment pour remédier à certaines difficultés liées à la technique de transplantation de moelle osseuse. Cette correction comporte l'introduction dans des cellules cibles destinées à être administrées à un patient, d'une séquence d'acide nucléique, capable d'exprimer dans ces cellules cibles, la protéine normalement codée par le gène dont la mutation peut conduire à une pathologie de type ALD, ou un polypeptide dérivé de cette protéine, permettant de corriger l'anomalie corrélée à l'ALD. L'introduction de cet acide nucléique, notamment du gène codant pour la protéine ALDp ou de l'ADNc ou d'un fragment de cet ADNc codant pour la protéine ALDp, doit s'effectuer en ayant pris soin de choisir un vecteur compatible avec l'acide nucléique, notamment le fragment d'ADNc inséré d'une part, et permettant l'expression d'une protéine destinée à s'intégrer dans la membrane peroxysomale d'autre part.A correction of the defective gene has been envisaged by the inventors in particular to remedy certain difficulties linked to the technique of bone marrow transplantation. This correction involves the introduction into target cells intended to be administered to a patient, of a nucleic acid sequence capable of expressing in these target cells, the protein normally encoded by the gene whose mutation can lead to a ALD-like pathology, or a polypeptide derived from this protein, used to correct the abnormality correlated with ALD. The introduction of this nucleic acid, in particular of the gene coding for the ALDp protein or of the cDNA or of a fragment of this cDNA coding for the ALDp protein, must be carried out taking care to choose a vector compatible with l nucleic acid, in particular the cDNA fragment inserted on the one hand, and allowing the expression of a protein intended to integrate into the peroxisomal membrane on the other hand.
Les inventeurs ont alors constaté que le vecteur retroviral M48 dérivé du rétrovirus oloney Mo-MLV, et généralement préféré pour permettre l'expression des gènes codant pour des protéines solubles, pouvait également permettre l'expression d'un gène codant pour une protéine de structure, en l'espèce une protéine transmembranaire. Cette solution, utilisant les techniques de la thérapie génique, comportait une première étape visant à étudier la possibilité de corriger _ ' vitro le phénotype anormal de fibroblastes cutanés auquel l'ADNc du gène responsable de l'ALD avait été transfecté. Les inventeurs ont pu observer que la correction des effets sur le métabolisme, de l'adrénoleucodystrophie, nécessitant l'intégration de la protéine normale dans la membrane du peroxysome, était atteint par la combinaison du vecteur M48 et d'un fragment de l'ADNc codant pour ladite protéine. L'invention concerne donc un vecteur recombinant utilisable pour introduire une séquence d'acide nucléique dans une cellule cible, caractérisé en ce qu'il comprend :The inventors then found that the retroviral vector M48 derived from the oloney Mo-MLV retrovirus, and generally preferred for allowing the expression of genes coding for soluble proteins, could also allow the expression of a gene coding for a structural protein. , in this case a transmembrane protein. This solution, using the techniques of gene therapy, included a first step in studying the possibility of correcting _ 'vitro abnormal phenotype skin fibroblasts which the cDNA of the gene responsible for ALD had been transfected. The inventors have observed that the correction of the effects on metabolism of adrenoleukodystrophy, requiring the integration of the normal protein into the membrane of the peroxisome, was achieved by the combination of the vector M48 and a fragment of the cDNA. encoding said protein. The invention therefore relates to a recombinant vector which can be used to introduce a nucleic acid sequence into a target cell, characterized in that it comprises:
- une séquence de nucléotides dérivée d'un ADNc du gène dont la mutation est responsable de l'adrénoleucodystrophie ou de l'adrénomyelopathie et qui code pour une protéine membranaire,- a nucleotide sequence derived from a cDNA of the gene whose mutation is responsible for adrenoleukodystrophy or adrenomyyelopathy and which codes for a membrane protein,
- un vecteur retroviral M48 dans lequel ladite séquence de nucléotides est insérée.- a M48 retroviral vector into which said nucleotide sequence is inserted.
La séquence de nucléotides dérivée du gène de l'ALD ou de son ADNc introduite dans le vecteur est capable de coder pour une protéine ALDp fonctionnelle dans les cellules cibles transformées avec le vecteur.The nucleotide sequence derived from the ALD gene or its cDNA introduced into the vector is capable of coding for a functional ALDp protein in the target cells transformed with the vector.
Par l'expression « fonctionnelle », on entend dans le cadre de la présente invention, la capacité de la protéine ainsi produite à contribuer à la correction au moins en partie des effets sur le métabolisme résultant de la pathologie ALD. Par ailleurs, l'utilisation à des fins thérapeutiques des vecteurs de l'invention, notamment des vecteurs rétroviraux, ainsi que des cellules recombinantes les contenant, est envisageable sur des sujets animaux y compris l'homme.By the term "functional" is meant in the context of the present invention, the ability of the protein thus produced to contribute to the correction at least in part of the effects on the metabolism resulting from the ALD pathology. Furthermore, the use for therapeutic purposes of the vectors of the invention, in particular retroviral vectors, as well as recombinant cells containing them, can be envisaged on animal subjects including man.
La présente invention fournit des moyens permettant la transfection in vitro ou in vivo de cellules exprimant le gène dont les anomalies sont responsables de l'adrénoleucodystrophie. En particulier l'invention définit un vecteur retroviral recombinant qui permet l'expression du gène normal de l'ALD après intégration dans le génome des dites cellules dites cellules cibles.The present invention provides means for transfection in vitro or in vivo of cells expressing the gene whose abnormalities are responsible for adrenoleukodystrophy. In particular, the invention defines a recombinant retroviral vector which allows the expression of the normal ALD gene after integration into the genome of said cells called target cells.
L'invention concerne selon un premier aspect, des vecteurs rétroviraux recombinants comprenant un fragment d'ADNc codant pour une protéine capable de s'intégrer dans la membrane peroxysomale des cellules dans lesquelles elle a été exprimée. Ces vecteurs rétroviraux recombinants ont la capacité d'infecter des cellules et en particulier des cellules eucaryotes. Ces vecteurs sont défectifs et sont obtenus par exemple par co-transfection avec un vecteur de transcomplémentation portant une séquence codant pour une enveloppe rétrovirale de façon à former des particules virales dans des lignées d'encapsidation.According to a first aspect, the invention relates to recombinant retroviral vectors comprising a cDNA fragment coding for a protein capable of integrating into the peroxisomal membrane of the cells in which it has been expressed. These recombinant retroviral vectors have the capacity to infect cells and in particular eukaryotic cells. These vectors are defective and are obtained for example by co-transfection with a transcomplementation vector carrying a sequence coding for a retroviral envelope so as to form viral particles in packaging lines.
Le vecteur choisi présentera par ailleurs une forte capacité d'infection des cellules, et conférera de préférence une stabilité à long terme de l'expression du gène normal de l'ALD présent le cas échéant sous forme intégrée dans le génome des cellules.The vector chosen will also have a high capacity for infecting cells, and will preferably confer long-term stability of expression of the normal ALD gene present, where appropriate, in a form integrated into the genome of the cells.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, un vecteur recombinant faisant appel à la construction M48 est caractérisé en ce qu'il comprend : - un fragment d'un ADNc du gène dont la mutation est responsable d'adrénoleucodystrophie ou d'adrénoneuromyélopathie, et qui code pour une protéine membranaire,According to a preferred embodiment of the invention, a recombinant vector using the M48 construction is characterized in that it comprises: - a fragment of a cDNA of the gene whose mutation is responsible for adrenoleukodystrophy or adrenoneuromyelopathy , and which codes for a membrane protein,
- un vecteur retroviral M48 dans lequel ledit fragment d'ADNc est inséré au niveau d'un site de restriction BamHI. Le vecteur dénommé M48-ALD est un vecteur recombinant comprenant l'ADNc, codant pour une protéine dite normale, construit à partir du vecteur M48 décrit notamment dans la demande de brevet- A M48 retroviral vector into which said cDNA fragment is inserted at a BamHI restriction site. The vector called M48-ALD is a recombinant vector comprising the cDNA, coding for a so-called normal protein, constructed from the vector M48 described in particular in the patent application.
WO94/24298.WO94 / 24298.
Selon un premier mode de réalisation particulier de l'invention, le vecteur retroviral recombinant est tel que l'expression de l'ADNc s'effectue sous le contrôle du promoteur de la phosphoglycérate kinase de souris. Egalement selon l'invention, l'ADNc est un fragment Spel-EcoRI d'une longueur de 2,43 kb.According to a first particular embodiment of the invention, the recombinant retroviral vector is such that the expression of the cDNA is carried out under the control of the mouse phosphoglycerate kinase promoter. Also according to the invention, the cDNA is a Spel-EcoRI fragment with a length of 2.43 kb.
Ce fragment correspond aux nucléotides 333 à 2750 de l'ADN complémentaire du gène de l'ALD dont la séquence a été publiée par Mosser et al. en 1993 (Nature 361 , 726-730).This fragment corresponds to nucleotides 333 to 2750 of the DNA complementary to the ALD gene whose sequence has been published by Mosser et al. in 1993 (Nature 361, 726-730).
L'expression de ce fragment d'ADNc peut s'effectuer selon un autre mode de réalisation de l'invention dans un autre vecteur retroviral où l'expression de la séquence est sous le contrôle d'un LTR viral ou de promoteurs actifs uniquement dans les cellules souches hématopoïétiques, des cellules gliales du système nerveux central, notamment les oligodendrocytes, les cellules microgliales et les cellules de Schwann.The expression of this cDNA fragment can be carried out according to another embodiment of the invention in another retroviral vector where the expression of the sequence is under the control of a viral LTR or of promoters active only in hematopoietic stem cells, glial cells of the central nervous system, in particular oligodendrocytes, microglial cells and Schwann cells.
Un schéma du vecteur retroviral recombinant selon l'invention établi à partir du vecteur M48 est représenté à la figure 1. Egalement selon l'invention, un vecteur retroviral recombinant ci- dessus défini peut être en outre caractérisé en ce que le fragment d'ADNc code pour une protéine capable de s'intégrer dans la membrane d'un organite cellulaire, nommément le peroxysome lorsque ce vecteur est introduit dans une cellule hôte recombinante. Selon d'autres modes de réalisation de l'invention, le vecteur retroviral M48 est remplacé par un autre vecteur retroviral, notamment MFG.A diagram of the recombinant retroviral vector according to the invention established from the vector M48 is shown in FIG. 1. Also according to the invention, a recombinant retroviral vector defined above can be further characterized in that the cDNA fragment code for a protein capable of integrating into the membrane of a cellular organelle, namely the peroxisome when this vector is introduced into a recombinant host cell. According to other embodiments of the invention, the retroviral vector M48 is replaced by another retroviral vector, in particular MFG.
En outre, on peut citer comme autres exemples de vecteurs utilisables dans le cadre de la présente invention, les vecteurs rétroviraux dérivés du virus Foch29 (WO95/01447) ainsi que les retrovirus décrits dans la demande de brevet EP 336 822. La construction d'autres vecteurs rétroviraux recombinants a été largement décrite dans la littérature notamment par Breakfield et al., New Biologis 3 (1991 ) 203 , Bernstein et al. Genêt. Eng. 7(1985) 235 , McCormick, BioTechnology 3 (1985) 689, ainsi que les demandes de brevet EP 453242 et EP178220. Pour construire des retrovirus recombinants comportant un acide nucléique codant pour l'ADLp, un plasmide comportant notamment les LTR, la séquence d'encapsidation et ledit acide nucléique est construit, puis utilisé pour transfecter une lignée cellulaire dite d'encapsidation, capable d'apporter en trans les fonctions retrovirales déficientes dans le plasmide qui permettent la préparation de particules retrovirales infectieuses défectives.In addition, as other examples of vectors which can be used in the context of the present invention, the retroviral vectors derived from the Foch29 virus (WO95 / 01447) as well as the retroviruses described in patent application EP 336 822 can be cited. other recombinant retroviral vectors has been widely described in the literature, in particular by Breakfield et al., New Biologis 3 (1991) 203, Bernstein et al. Broom. Eng. 7 (1985) 235, McCormick, BioTechnology 3 (1985) 689, as well as patent applications EP 453242 and EP178220. To construct recombinant retroviruses comprising a nucleic acid coding for ADLp, a plasmid comprising in particular the LTRs, the packaging sequence and said nucleic acid is constructed, then used to transfect a cell line known as packaging, capable of providing in trans the deficient retroviral functions in the plasmid which allow the preparation of defective infectious retroviral particles.
Généralement, les lignées d'encapsidation sont capables d'exprimer les gènes gag, pol et env. De telles lignées d'encapsidation ont été décrites dans l'art antérieur ; on fera référence notamment à la lignéeGenerally, the packaging lines are capable of expressing the gag, pol and env genes. Such packaging lines have been described in the prior art; we will refer in particular to the lineage
PA317 (USA, 861 ,719), à la lignée yCRIP (WO90/02806) et à la lignée GP+envAm-12 (WO89/07150). Les retrovirus recombinants produits sont ensuite purifiés par des techniques classiques.PA317 (USA, 861, 719), to the yCRIP line (WO90 / 02806) and to the GP + envAm-12 line (WO89 / 07150). The recombinant retroviruses produced are then purified by conventional techniques.
Outre les vecteurs rétroviraux ci-dessus définis, l'invention peut être mise en oeuvre à l'aide d'autres vecteurs, notamment vecteurs recombinants. Ces vecteurs comprennent de façon générale, la séquence de nucléotides dérivée du gène codant pour la protéine ALDp ou dérivée de l'ADNc issu de ce gène, sous le contrôle de signaux nécessaires à l'expression d'une protéine fonctionnelle dans une cellule cible. Selon un aspect particulier de l'invention, l'ADN que l'on cherche à exprimer dans les cellules cibles est par exemple porté par un vecteur viral. A ce titre on citera les vecteurs de type "Adéno-associated-virus" ou adéno virus.In addition to the retroviral vectors defined above, the invention can be implemented using other vectors, in particular recombinant vectors. These vectors generally comprise the nucleotide sequence derived from the gene coding for the ALDp protein or derived from the cDNA derived from this gene, under the control of signals necessary for the expression of a functional protein in a target cell. According to a particular aspect of the invention, the DNA which one seeks to express in the target cells is for example carried by a viral vector. As such, mention will be made of vectors of the "Adeno-associated-virus" or adeno virus type.
L'"adeno-associated virus" (AAV), auquel un adénovirus peut servir d'auxiliaire de réplication, possède un ADN qui semble être capable de s'intégrer en un site particulier de l'ADN chromosomique.The "adeno-associated virus" (AAV), to which an adenovirus can serve as a replication aid, has DNA which seems to be capable of integrating into a particular site of chromosomal DNA.
La construction et l'expression d'un vecteur de type AAV ont d'ailleurs été décrites dans le cas spécifique d'un ADNc de beta-globuline (Dixit M, Gène 1991 ; 104 ; 253-7). Les virus adéno-associés (AAV) sont des virus à ADN de taille relativement réduite, qui s'intègrent dans le génome des cellules qu'ils infectent, de manière stable et site-spécifique. Ils sont capables d'infecter un large spectre de cellules, sans induire d'effet sur la croissance, la morphologie ou la différenciation cellulaires. Par ailleurs, ils ne semblent pas impliqués dans des pathologies chez l'homme. Le génome des AAV a été clone, séquence et caractérisé. Il comprend environ 4700 bases, et contient à chaque extrémité une région répétée inversée (ITR) de 145 bases environ, servant d'origine de réplication pour le virus. Le reste du génome est divisé en deux régions essentielles portant les fonctions d'encapsidation : la partie 3' du génome, qui contient le gène rep impliqué dans la réplication virale et dans l'expression des gènes viraux ; la partie 5' du génome, qui contient le gène cap codant pour les protéines de capside du virus.The construction and expression of an AAV type vector have moreover been described in the specific case of a beta-globulin cDNA (Dixit M, Gene 1991; 104; 253-7). Adeno-associated viruses (AAVs) are relatively small DNA viruses that integrate into the genome of the cells they infect, stably and site-specifically. They are capable of infecting a wide spectrum of cells, without inducing an effect on cell growth, morphology or differentiation. Furthermore, they do not seem to be involved in pathologies in humans. The AAV genome has been cloned, sequenced and characterized. It comprises approximately 4,700 bases, and contains at each end an inverted repeat region (ITR) of approximately 145 bases, serving as an origin of replication for the virus. The rest of the genome is divided into two essential regions carrying the packaging functions: the 3 ′ part of the genome, which contains the rep gene involved in viral replication and in the expression of viral genes; the 5 ′ part of the genome, which contains the cap gene coding for the capsid proteins of the virus.
L'utilisation de vecteurs dérivés des AAV pour le transfert de gènes in vitro et in vivo, notamment dans les cellules hématopoïétiques, a été décrite dans la littérature (voir par exemple WO 91/18088 ; WO 93/09239 ;The use of vectors derived from AAVs for the transfer of genes in vitro and in vivo, in particular in hematopoietic cells, has been described in the literature (see for example WO 91/18088; WO 93/09239;
US 4,797,368, US, 139,941 , EP 488 528). Ces demandes décrivent différentes constructions dérivées des AAV, dans lesquelles les gènes rep et/ou cap sont délétés et remplacés par une séquence nucléotidique d'intérêt, et l'utilisation de ces vecteurs pour transférer in vitro (sur cellules en culture) ou in vivo (directement dans un organisme) ladite séquence nucléotidique d'intérêt.US 4,797,368, US, 139,941, EP 488,528). These applications describe various constructs derived from AAVs, in which the rep and / or cap genes are deleted and replaced by a nucleotide sequence of interest, and the use of these vectors to transfer in vitro (to cells in culture) or in vivo. (directly in an organism) said nucleotide sequence of interest.
Les AAV recombinants défectifs selon la présente invention peuvent être préparés par co-transfection, dans une lignée cellulaire infectée par un virus auxiliaire humain (par exemple un adénovirus), d'un plasmide contenant une séquence nucléique codant pour l'ALDp bordée de deux régions répétées inversées (ITR) d'AAV, et d'un plasmide portant les gènes d'encapsidation (gènes rerj et cap) d'AAV. Une lignée cellulaire utilisable est par exemple la lignée 293. Les AAV recombinants produits sont ensuite purifiés par des techniques classiques. Ils peuvent alors être mis en oeuvre pour infecter des cellules cibles déterminées, choisies notamment parmi les cellules qui ont été décrites dans les pages précédentes comme étant susceptibles d'être infectées par des vecteurs rétroviraux.The defective recombinant AAVs according to the present invention can be prepared by co-transfection, in a cell line infected with a human helper virus (for example an adenovirus), of a plasmid containing a nucleic sequence coding for the ALDp bordered by two regions inverted repeat (ITR) from AAV, and a plasmid carrying the packaging genes (rerj and cap genes) from AAV. A usable cell line is, for example, line 293. The recombinant AAVs produced are then purified by conventional techniques. They can then be used to infect specific target cells, chosen in particular from cells which have been described in the preceding pages as being susceptible to infection by retroviral vectors.
Les constructions de vecteurs recombinants seront réalisées de façon à obtenir un vecteur ayant une forte capacité d'infection et permettant une stabilité à long terme de l'expression de la protéine ALDp.The constructions of recombinant vectors will be carried out so as to obtain a vector having a strong capacity of infection and allowing a long term stability of the expression of the protein ALDp.
Ce type de vecteur AAV, ainsi que le vecteur retroviral MFG notamment décrit par OHASHI et al. (PNAS vol.85 nβ23 M 11332-11336- 1992), sont particulièrement utilisés dans la modification ce cellules hématopoïétiques souches. L'invention concerne également des cellules recombinantes transformées avec un vecteur recombinant selon l'invention pouvant être administrées, ou implantées chez l'homme ou l'animal, seules ou en association avec un véhicule approprié et produisant in vivo la protéine à laquelle il a été fait référence ci-dessus. L'invention concerne par ailleurs des cellules recombinantes caractérisées en ce qu'il s'agit de cellules ayant la capacité d'être tolérées immunologiquement par l'organisme auquel elles seraient administrées, ces cellules ayant été auparavant modifiées par un vecteur de l'invention, porteur de la séquence codant pour la protéine ALDp ou le cas échéant pour un polypeptide dérivé fonctionnellement équivalent.This type of AAV vector, as well as the retroviral vector MFG notably described by OHASHI et al. (PNAS vol.85 n β 23 M 11332-11336- 1992), are particularly used in the modification of this hematopoietic stem cells. The invention also relates to recombinant cells transformed with a recombinant vector according to the invention which can be administered, or implanted in humans or animals, alone or in combination with an appropriate vehicle and producing in vivo the protein to which it has been referred to above. The invention further relates to recombinant cells characterized in that they are cells having the capacity to be tolerated immunologically by the organism to which they would be administered, these cells having been previously modified by a vector of the invention , carrying the sequence coding for the ALDp protein or, where appropriate, for a functionally equivalent derived polypeptide.
Ces cellules peuvent être des cellules issues de l'organisme chez lequel elles doivent être implantées après transduction in vitro avec le vecteur de l'invention. Il peut s'agir également ou alternativement, de cellules dépourvues à leur surface, d'antigènes reconnus par le système immunitaire de l'organisme chez lequel elles sont implantées, également transduites in vitro.These cells can be cells originating from the organism in which they are to be implanted after transduction in vitro with the vector of the invention. They may also or alternatively be cells lacking on their surface, antigens recognized by the immune system of the organism in which they are implanted, also transduced in vitro.
A titre préféré, ces cellules recombinantes sont des cellules souches hématopoïétiques, en particulier des cellules précoces, notamment la population cellulaire CD 34+. De préférence, il s'agit de cellules souches hématopoïétiques autologues par rapport au patient chez lequel on souhaite les implanter après leur modification par un vecteur selon l'invention. Les cellules souches hématopoïétiques peuvent être prélevées et isolées par toute technique connue de l'homme du métier. Ces différentes techniques peuvent impliquer des étapes physiques de séparation, notamment par centrifugation ou tri cellulaire (FACS), de sélection par des composés immunologiques tels que des anticorps spécifiques de marqueurs cellulaires (US 4,965,204 ; EP 17 381 ou EP 30 450) ou biochimiques, notamment des ligands de récepteurs membranaires (EP 405 972). Parmi les composés immunologiques on peut citer notamment des anticorps reconnaissant des marqueurs spécifiques tels que CD34+. Parmi les techniques utilisables dans le cadre de la présente invention certaines ont été décrites, par exemple dans les demandes de brevet EP 451 611 , ou WO93/02182.Preferably, these recombinant cells are hematopoietic stem cells, in particular early cells, in particular the CD 34 + cell population. Preferably, these are hematopoietic stem cells autologous with respect to the patient in whom it is desired to implant them after their modification by a vector according to the invention. Hematopoietic stem cells can be removed and isolated by any technique known to those skilled in the art. These different techniques may involve physical separation steps, in particular by centrifugation or cell sorting (FACS), of selection by immunological compounds such as antibodies specific for cell markers (US 4,965,204; EP 17,381 or EP 30,450) or biochemicals, in particular membrane receptor ligands (EP 405,972). Among the immunological compounds that may be mentioned in particular are antibodies recognizing specific markers such as CD34 +. Among the techniques that can be used in the context of the present invention, some have been described, for example in patent applications EP 451 611, or WO93 / 02182.
Les cellules ainsi obtenues peuvent ensuite être cultivées dans toutes conditions stériles permettant leur conservation, leur prolifération et/ou leur différentiation. La culture est avantageusement effectuée pour maintenir les cellules pendant la transformation, lesdites cellules transformées étant ensuite différenciées et/ou activées in vivo, après leur réadministration au patient. La culture des cellules isolées peut être effectuée dans différents milieux connus de l'homme du métier tel que RPMI ou IMDM, supplémentés entre autres de sérum, d'acides aminés, et de facteurs de croissance, notamment GM-CSF, M-CSF, les interleukines IL3, IL4, IL6 et IL11 , ou le SCF entre autres. La culture est réalisée en conditions stériles, de préférence à 37°C, comme illustré dans les exemples. Elle peut être effectuée dans des plaques de culture ou dans des sacs en téflon ®.The cells thus obtained can then be cultured under all sterile conditions allowing their conservation, their proliferation and / or their differentiation. The culture is advantageously carried out to maintain the cells during transformation, said transformed cells then being differentiated and / or activated in vivo, after their re-administration to the patient. The culture of the isolated cells can be carried out in various media known to those skilled in the art such as RPMI or IMDM, supplemented inter alia with serum, amino acids, and growth factors, in particular GM-CSF, M-CSF, the interleukins IL3, IL4, IL6 and IL11, or the SCF among others. The culture is carried out under sterile conditions, preferably at 37 ° C., as illustrated in the examples. It can be carried out in culture plates or in Teflon® bags.
Les conditions de culture peuvent être adaptées par l'homme du métier notamment en fonction de la population cellulaire isolée ou de l'utilisation recherchée.The culture conditions can be adapted by a person skilled in the art, in particular as a function of the isolated cell population or of the desired use.
Outre les cellules hématopoïétiques précitées, les moyens décrits dans les pages précédentes permettent la préparation de fibroblastes cutanés recombinantes.. Peuvent également être transformées, des cellules constitutives du système nen eux, notamment d'oligodendrocytes ou des cellules microgliales ou des cellules de Schwann.In addition to the aforementioned hematopoietic cells, the means described in the preceding pages allow the preparation of recombinant cutaneous fibroblasts. Can also be transformed, constituent cells of the nen system, in particular oligodendrocytes or microglial cells or Schwann cells.
Ainsi que précédemment décrit, ces cellules peuvent être modifiées par un vecteur recombinant codant pour un polypeptide déterminé, en l'occurrence la protéine ALDp, ce vecteur permettant l'expression du fragment d'ADN étranger - ici un ADNc - dans les cellules.As previously described, these cells can be modified by a recombinant vector coding for a determined polypeptide, in this case the ALDp protein, this vector allowing the expression of the foreign DNA fragment - here a cDNA - in the cells.
La modification de ces cellules par un vecteur viral, tel qu'un retrovirus, portant l'ADNc codant pour l'ADLp peut être réalisée selon différents protocoles connus de l'homme du métier, à une multiplicité d'infections adaptable en fonction du vecteur utilisé, comme décrit dans les exemples ci-après. Préferentiellement, les cellules sont incubées en présence de surnageant de cellules productrices de retrovirus. Selon les conditions de la transformation, le pourcentage de cellules souches modifiées par insertion de l'acide nucléique recombinant peut atteindreThe modification of these cells by a viral vector, such as a retrovirus, carrying the cDNA coding for the ADLp can be carried out according to different protocols known to those skilled in the art, to a multiplicity of infections adaptable according to the vector used, as described in the examples below. Preferably, the cells are incubated in the presence of a supernatant of retrovirus producing cells. Depending on the processing conditions, the percentage of stem cells modified by insertion of the recombinant nucleic acid can reach
10 %.10%.
Les cellules modifiées ainsi obtenues peuvent ensuite être conditionnées en vue d'une utilisation immédiate, et/ou stockées en vue d'une utilisation ultérieure. Pour une réadministration immédiate, les cellules sont généralement mises en suspension dans un tampon phosphate ou dans du sérum physiologique, à une concentration variant de 105 à 109 cellules par dose. Pour leur conservation, les cellules peuvent être congelées, de préférence en présence d'agents conservateurs tels que le glycérol ou le DMSO. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le vecteur utilisable peut également être un vecteur chimique, et en particulier un vecteur favorisant l'entrée d'un acide nucléique dans une cellule et l'intégration dudit acide nucléique dans le génome cellulaire. Parmi les vecteurs synthétiques décrits dans la littérature, on préfère utiliser dans le cadre de l'invention les polymères cationiques de type polylysine, (LKLK)n,The modified cells thus obtained can then be packaged for immediate use, and / or stored for later use. For immediate re-administration, the cells are generally suspended in a phosphate buffer or in physiological saline, at a concentration varying from 10 5 to 10 9 cells per dose. For their conservation, the cells can be frozen, preferably in the presence of preservatives such as glycerol or DMSO. According to another embodiment of the invention, the vector which can be used can also be a chemical vector, and in particular a vector promoting the entry of a nucleic acid into a cell and the integration of said nucleic acid into the cell genome. Among the synthetic vectors described in the literature, it is preferred to use, within the framework of the invention, cationic polymers of polylysine type, (LKLK) n,
(LKKL)n, polyéthylène immine et DEAE dextran ou encore les lipides cationiques ou lipofectants. Ils possèdent la propriété de condenser l'ADN et de promouvoir son association avec la membrane cellulaire. Parmi ces derniers, on peut citer les lipopolyamines telles que la lipofectamine ou le transfectam, différents lipides cationiques ou neutres tel que DOTMA, DOGS ou DOPE, ainsi que des peptides d'origine nucléaire.(LKKL) n, immine polyethylene and DEAE dextran or lipids cationic or lipofectants. They have the property of condensing DNA and promoting its association with the cell membrane. Among the latter, mention may be made of lipopolyamines such as lipofectamine or transfectam, various cationic or neutral lipids such as DOTMA, DOGS or DOPE, as well as peptides of nuclear origin.
Par ailleurs, différents vecteurs synthétiques dérivés des AAV ont été décrits, basés notamment sur l'utilisation des propriétés integratives des ITRs de l'AAV. On peut citer par exemple des vecteurs AAV-liposomes tels que décrits dans la demande WO95/07995 ou tout autre vecteur plasmidique contenant une séquence ITR d'AAV, capable de s'intégrer dans le génome d'une cellule.In addition, various synthetic vectors derived from AAVs have been described, based in particular on the use of the integrative properties of ITRs of AAVs. Mention may be made, for example, of AAV-liposome vectors as described in application WO95 / 07995 or any other plasmid vector containing an ITR sequence of AAV, capable of integrating into the genome of a cell.
Les cellules à transformer peuvent par exemple être modifiées par les méthodes dites de recombinaison homologue. La pénétration du vecteur dans les cellules est réalisée en utilisant l'électroporation ou, telle que ci-après décrit, une coprécipitation ADN-phosphate de calcium.The cells to be transformed can for example be modified by the methods known as homologous recombination. The penetration of the vector into the cells is carried out using electroporation or, as described below, DNA-calcium phosphate co-precipitation.
L'invention a aussi pour objet de façon générale, l'utilisation d'une séquence codant pour la protéine ALDp, pour la préparation de compositions à usage thérapeutique, pour la correction chez un patient, d'anomalies du métabolisme dues à une pathologie de type adrénoleucodystrophie. Cette utilisation thérapeutique comporte l'introduction dans une cellule, d'une séquence d'acide nucléique et le traitement du patient avec ces cellules.The subject of the invention is also generally, the use of a sequence coding for the ALDp protein, for the preparation of compositions for therapeutic use, for the correction in a patient, of metabolic abnormalities due to a pathology of adrenoleukodystrophy type. This therapeutic use involves the introduction into a cell of a nucleic acid sequence and the treatment of the patient with these cells.
Outre les techniques ci-dessus décrites, toute méthode impliquant l'entrée d'un acide nucléique, soit seul, soit par l'intermédiaire d'un virus recombinant, entre donc également dans le cadre de l'invention.In addition to the techniques described above, any method involving the entry of a nucleic acid, either alone or via a recombinant virus, therefore also falls within the scope of the invention.
L'invention concerne également l'utilisation de vecteurs ou de cellules recombinants selon l'invention, pour la préparation d'un médicament servant au traitement des maladies susceptibles d'être corrigées par l'expression du fragment d'ADNc tel que précédemment défini. En outre, la présente invention concerne une méthode pour l'introduction dans un organisme, d'un ADNc ou d'un fragment d'ADNc codant pour l'ADLp, ladite méthode comprenant :The invention also relates to the use of vectors or recombinant cells according to the invention, for the preparation of a medicament for the treatment of diseases capable of being corrected by the expression of the cDNA fragment as defined above. Furthermore, the present invention relates to a method for the introduction into a body, of a cDNA or of a cDNA fragment coding for the ADLp, said method comprising:
- l'insertion in vitro dudit ADNc, de préférence au moyen d'un vecteur retroviral ou AAV, dans une population de cellules ayant la capacité d'être tolérées immunologiquement par ledit organisme, etthe insertion in vitro of said cDNA, preferably by means of a retroviral vector or AAV, into a population of cells having the capacity to be tolerated immunologically by said organism, and
- l'introduction dans l'organisme desdites cellules.- the introduction into the organism of said cells.
De préférence, lesdites cellules sont des cellules autologues par rapport à l'organisme, de préférence des cellules hématopoïétiques, notamment de la population CD34+.Preferably, said cells are cells autologous with respect to the organism, preferably hematopoietic cells, in particular of the CD34 + population.
Cette méthode d'introduction est notamment applicable à un organisme du type humain.This introduction method is particularly applicable to an organism of the human type.
DESCRIPTIF DES FIGURES Figure 1 : représentation schématique de la construction rétrovirale M48-DESCRIPTION OF FIGURES Figure 1: schematic representation of the retroviral construction M48-
ALD. Le gène complémentaire du gène de l'ALD, de la position 333 à 2750 de la séquence publiée par Mosser et al, Nature, 361 , 726-730, 1993, a été inséré dans le site de clonage BamHI du vecteur M48 à la position 2727 de ce vecteur. Figure 2 : intégration du provirus M48-ALD intact dans des fibroblastesALD. The gene complementary to the ALD gene, from position 333 to 2750 of the sequence published by Mosser et al, Nature, 361, 726-730, 1993, was inserted into the BamHI cloning site of the vector M48 at position 2727 of this vector. Figure 2: Integration of the intact M48-ALD provirus into fibroblasts
ALD.ALD.
L'ADN génomique de fibroblastes cutanés normaux ainsi que de fibroblastes cutanés ALD, digérés par Kpnl ainsi que le vecteur plasmidique ont été sondés au niveau de l'exon 13 de l'ADNc. Ligne 1 : génome à 0,2 copie par cellule du plasmide M48-ALD ; ligne 2 : fibroblastes normaux ; ligne 3 : fibroblastes ALD n'ayant pas subi de transduction ; ligne 4 : fibroblastes ALD ayant subi une transduction par le vecteur Glu-3 ; ligne 5 : fibroblastes ALD ayant subi une transduction par le vecteur M48-ALD. Figure 3 : transfert immunologique de l'ALDp dans des fibroblastes ALD avant et après correction avec le vecteur M48-ALD. Ligne 1 : fibroblastes normaux ; ligne 2 : fibroblastes du patient 1 avant transduction ; ligne 3 : fibroblastes du patient 1 deux semaines après transduction ; lignes 4 et 6 : fibroblastes du patient 2 avant transduction ; ligne 5 : fibroblastes du patient 2 deux semaines après transduction ; ligne 7 : fibroblastes du patient 2 deux mois après transduction.The genomic DNA of normal cutaneous fibroblasts as well as cutaneous fibroblasts ALD, digested with Kpn1 as well as the plasmid vector were probed at the level of exon 13 of the cDNA. Lane 1: genome at 0.2 copies per cell of the plasmid M48-ALD; lane 2: normal fibroblasts; lane 3: ALD fibroblasts which have not undergone transduction; lane 4: ALD fibroblasts which have been transduced by the vector Glu-3; lane 5: ALD fibroblasts which have been transduced by the vector M48-ALD. Figure 3: Immunological transfer of ALDp into ALD fibroblasts before and after correction with the vector M48-ALD. Line 1: normal fibroblasts; lane 2: fibroblasts of patient 1 before transduction; lane 3: fibroblasts of patient 1 two weeks after transduction; lanes 4 and 6: fibroblasts of patient 2 before transduction; lane 5: fibroblasts of patient 2 two weeks after transduction; lane 7: fibroblasts of patient 2 two months after transduction.
Figure 4 : expression et localisation de l'ALDp dans les fibroblastes ALD avant et après correction avec le vecteur M48-ALD.Figure 4: expression and localization of ALDp in ALD fibroblasts before and after correction with the vector M48-ALD.
A et C : fibroblastes de 2 patients atteints d'ALD avant correction ; B et D : fibroblastes du patient 1 atteint d'ALD. Figure 5 : oxydation de l'acide lignocérique (A) et teneur d'acide hexacosanoïque (B) dans les fibroblastes de patient atteint d'ALD avant et après correction avec le vecteur M48-ALD.A and C: fibroblasts from 2 patients with ALD before correction; B and D: fibroblasts from patient 1 with ALD. Figure 5: lignoceric acid oxidation (A) and hexacosanoic acid content (B) in fibroblasts from patients with ALD before and after correction with the vector M48-ALD.
- : fibroblastes n'ayant pas subi de transduction ; (1 ) : fibroblastes ayant subi une transduction et après dix jours de culture ; (2) : fibroblastes ayant subi une transduction et après deux mois de culture.-: fibroblasts which have not undergone transduction; (1): fibroblasts having undergone transduction and after ten days of culture; (2): fibroblasts having undergone transduction and after two months of culture.
Figure 6 : vecteur M48 dans pBR 322 selon Danos et Mulligan.Figure 6: M48 vector in pBR 322 according to Danos and Mulligan.
Figure 7 : séquence de l'ADNc de la protéine impliquée dans l'ALD.Figure 7: cDNA sequence of the protein involved in ALD.
Exemple Culture des CellulesExample Cell Culture
Ces cultures ont été effectuées à partir de fibroblastes immortalisés et de fibroblastes "normaux". Les résultats expérimentaux concernant l'expression de l'ALP normale et discutés ultérieurement se rapportent en conséquence aux fibroblastes non-immortalisés. Les inventeurs ont dans un premier temps effectué des cultures de fibroblastes cutanés de patients ci-après dénommés JL et SM, respectivement atteints d'une forme infantile cérébrale d'ALD et d'adrénomyéloneuropathie. Ces cultures présentaient des fibroblastes ayant une forte teneur en acides gras à très longue chaîne, acides gras n'ayant en l'occurrence pas subi l'oxydation attendue en raison des anomalies du gène de l'ALD. Les cellules ont été maintenues dans un milieu DMEM additionné d'une solution à 10% en volume de sérum foetal de veau inactivé. Ces lignées de cellules sont caractérisées soit par une quasi-absence d'ALDp lors d'expériences d'immunofluorescence ou d'"immunoblotting", soit par une présence d'ALDp non fonctionnelle et donc défectueuse.These cultures were carried out from immortalized fibroblasts and "normal" fibroblasts. The experimental results concerning the expression of normal ALP and discussed later relate therefore to non-immortalized fibroblasts. The inventors first carried out cultures of cutaneous fibroblasts from patients hereinafter called JL and SM, respectively suffering from an infantile cerebral form of ALD and adrenomyeloneuropathy. These cultures presented fibroblasts having a high content of very long chain fatty acids, fatty acids having in this case not undergone the expected oxidation due to abnormalities of the ALD gene. The cells were kept in a DMEM medium supplemented with a solution at 10% by volume of inactivated fetal calf serum. These cell lines are characterized either by a virtual absence of ALDp during immunofluorescence or "immunoblotting" experiments, or by a presence of non-functional and therefore defective ALDp.
Des fibroblastes des patients JL et SM furent immortalisés par l'utilisation d'une construction virale contenant un gène codant pour l'antigène grand T de SV40 et recombinés par le gène marqueur de sélection codant pour la néomycine phosphotransférase. Les cellules produisant le retrovirus (SV40 pop) dérivaient du système vectoriel pZipNeoSV(X) décrit par Jat et al. en 1986 (Mol. Cell Biol. 6, 1204-1217).Fibroblasts from patients JL and SM were immortalized by the use of a viral construct containing a gene coding for the large T antigen of SV40 and recombined by the selection marker gene coding for neomycin phosphotransferase. The cells producing the retrovirus (SV40 pop) were derived from the pZipNeoSV (X) vector system described by Jat et al. in 1986 (Mol. Cell Biol. 6, 1204-1217).
Les fibroblastes ALD, immortalisés ou non par SV40 ainsi que la lignée cellulaire d'encapsidation ψ CRIP ont été cultivés dans un milieu DMEM avec 10% de sérum de veau nouveau-né. Tous les milieux furent supplémentés avec de la glutamine 2mM, de la pénicilline à raison de 50 unités/ml et une sulfate de streptomycine à raison de 50 mg/ml.The ALD fibroblasts, immortalized or not by SV40 as well as the packaging cell line ψ CRIP were cultured in a DMEM medium with 10% of newborn calf serum. All media were supplemented with 2mM glutamine, penicillin at 50 units / ml and streptomycin sulfate at 50 mg / ml.
Construction et encapsidation du vecteur retroviral M48-ALDConstruction and packaging of the retroviral vector M48-ALD
Pour la construction du vecteur retroviral M48-ALD, les inventeurs ont isolé le fragment de 2,43 Kb Spel-EcoRI de l'ADNc intégral codant pour l'ALDp humaine normale (Fig. 7). Après avoir été complété puis lié à un "linker" Bell, ce fragment a ensuite été inséré dans l'orientation sens au niveau d'un site de restriction BamHI du vecteur retroviral M48 dérivé du retrovirus de la leucémie murine de MoMuLV Moloney. L'insertion a nécessité l'utilisation de linkers entraînant une modification des séquences en amont (5') et en aval (3') de l'ADNc du gène de l'ALD sans que ce dernier soit lui-même modifié. Ces modifications sont retrouvées sur la figure 1. Dans cette construction M48-For the construction of the retroviral vector M48-ALD, the inventors isolated the 2.43 Kb Spel-EcoRI fragment from the full-length cDNA coding for normal human ALDp (FIG. 7). After having been completed and then linked to a Bell "linker", this fragment was then inserted in the sense orientation at a BamHI restriction site of the M48 retroviral vector derived from the MoMuLV Moloney murine leukemia retrovirus. The insertion required the use of linkers resulting in a modification of the sequences upstream (5 ') and downstream (3') of the cDNA of the ALD gene without the latter itself being modified. These modifications are found in FIG. 1. In this construction M48-
ALD, l'expression de l'ADNc est sous le contrôle du promoteur du gène de la phosphoglycérate kinase de souris (PGK). Parallèlement, un vecteur de contrôle GLU-3 a été obtenu par insertion du gène de la β-glucuronidase dans le même vecteur M48. Le vecteur PGK-néomycine, contenant un gène de résistance à la néomycine issu de TN5 (Moullier et al., 1993, Transplantation 56, 427-432) sous le contrôle du promoteur PGK, a été utilisé pour la sélection au G418 (Adra,ALD, cDNA expression is under the control of the mouse phosphoglycerate kinase (PGK) gene promoter. In parallel, a GLU-3 control vector was obtained by inserting the β-glucuronidase gene into the same M48 vector. The vector PGK-neomycin, containing a neomycin resistance gene derived from TN5 (Moullier et al., 1993, Transplantation 56, 427-432) under the control of the PGK promoter, was used for selection with G418 (Adra,
C.N., 1987, Gène, 60, 65-72).C.N., 1987, Gene, 60, 65-72).
Les vecteurs M48-ALD et "PGK-néomycine" ont été co-transfectés dans une lignée cellulaire d'encapsidation amphotrope γCRIP par l'intermédiaire d'une coprécipitation ADN-phosphate de calcium. Les cellules transfectées ont été sélectionnées dans un milieu contenant duThe vectors M48-ALD and "PGK-neomycin" were co-transfected into an amphotropic packaging cell line γCRIP by means of DNA-calcium phosphate co-precipitation. The transfected cells were selected in a medium containing
G418 (1 mg de base active par millilitre, GIBCO/BRL). Des clones ont été isolés par "ringcloning" et amplifiés pour générer des lignées cellulaires. Les clones recombinants M48-ALD ont été sélectionnés sur la base d'essais positifs d'immunofluorescence avec des anticorps anti-ALDp. L'absence de virus "Helper" a été testée par des essais de mobilisation de virus.G418 (1 mg of active base per milliliter, GIBCO / BRL). Clones were isolated by "ringcloning" and amplified to generate cell lines. The recombinant M48-ALD clones were selected on the basis of positive immunofluorescence tests with anti-ALDp antibodies. The absence of the "Helper" virus was tested by virus mobilization tests.
Transfert du fragment d'ADNcTransfer of the cDNA fragment
Afin de transférer l'ADNc du gène de l'ALD, on a tout d'abord ensemencé des fibroblastes cutanés ALD à 5% de confluence durant les seize heures précédant l'infection. Les cellules ont ensuite été incubées pendant une durée de huit heures avec dix millilitres de surnageant de vecteurs M48-ALD ou Glu-3 fraîchement filtré en présence de polybrèneIn order to transfer the cDNA of the ALD gene, ALD skin fibroblasts were first seeded at 5% confluence during the sixteen hours before infection. The cells were then incubated for eight hours with ten milliliters of M48-ALD or Glu-3 vector supernatant freshly filtered in the presence of polybrene
(8 mg/ml, Sigma). L'infection est effectuée à deux reprises, deux jours consécutifs. Après l'infection des fibroblastes ALD, on a sélectionné les clones produisant la plus forte quantité de virus recombinant M48-ALD sur la base du nombre de copies intégrées du provirus M48-ALD intact.(8 mg / ml, Sigma). The infection is carried out twice, two consecutive days. After infection of the ALD fibroblasts, the clones producing the highest amount of recombinant M48-ALD virus were selected based on the number of integrated copies of the intact M48-ALD provirus.
Analyse par Southern BlotSouthern blot analysis
Un Southern blot a alors permis de constater que cette infection a abouti à l'intégration d'environ une copie de provirus par génome. L'ADN génomique avait été isolé et digéré par l'enzyme de restriction Kpnl. Cette analyse est plus amplement détaillée dans la publication de Sarde et al. Genomics 22, 13-20, 1994. La sonde utilisée (Ex13) correspond aux nucléotides 1221 à 1829 de l'ADNc du gène de l'ALD.A Southern blot then revealed that this infection resulted in the integration of approximately one copy of provirus per genome. Genomic DNA had been isolated and digested with the restriction enzyme Kpnl. This analysis is more fully detailed in the publication by Sarde et al. Genomics 22, 13-20, 1994. The probe used (Ex13) corresponds to nucleotides 1221 to 1829 of the cDNA of the ALD gene.
Anticorps mono et polyclonauxMono and polyclonal antibodies
La production, ainsi que les caractéristiques des anticorps polyclonaux anti-ALDp humaine normale (1D6 et 2B4), ont été décrites dans la publication de Mosser et al. (1994, Hum. mol. Genêt. 3, 265-271).The production, as well as the characteristics of polyclonal antibodies against normal human ALDp (1D6 and 2B4), have been described in the publication by Mosser et al. (1994, Hum. Mol. Genêt. 3, 265-271).
Ces deux anticorps n'ont pas présenté de réaction croisée avec l'ALDp de souris.These two antibodies did not cross-react with mouse ALDp.
Analyse par immunoblottino et immunocvtofluorescence Une analyse par "immunoblotting" et immunocvtofluorescence a ensuite été effectuée selon un protocole décrit dans ce même document, dans lequel on retrouve également l'intégralité du processus d'extraction cellulaire.Analysis by immunoblottino and immunocvtofluorescence An analysis by "immunoblotting" and immunocvtofluorescence was then carried out according to a protocol described in this same document, in which the entire cell extraction process is also found.
Ainsi, 50x103 fibroblastes par millilitre ont été mis en culture pendant seize heures dans des plaques de culture (Nunc), pour être ensuite fixés dans du formaldéhyde à 2% durant quatre minutes, et perméabilisés dans du PBS-Triton à raison de 0,1 %. Les cellules ont été ensuite incubées à température ambiante soit avec les anticorps (1D6 ou 2B4) soit avec un anti-sérum de kéto-thiolase ou de catalase peroxysomale dans du PBS-Triton à raison de 0,1%, et avec 500 μg/ml(d'lgG d'oie. Des anticorps biotinylés de souris pour 1D6 et 1D4, et de lapin pour la kétothiolase ou la catalase peroxysomale ont été ajoutés à raison de 10 μg/ml((Vector), et un marquage spécifique a été révélé par l'utilisation de la streptavidine Cy3 (Laboratoires Jackson Immunoresearch) ou la streptavidine fluoresceine (Vector).Thus, 50 × 10 3 fibroblasts per milliliter were cultured for sixteen hours in culture plates (Nunc), to then be fixed in 2% formaldehyde for four minutes, and permeabilized in PBS-Triton at a rate of 0, 1%. The cells were then incubated at room temperature either with the antibodies (1D6 or 2B4) or with a keto-thiolase or peroxisomal catalase anti-serum in PBS-Triton at 0.1%, and with 500 μg / ml (of IgG of goose. Biotinylated antibodies of mice for 1D6 and 1D4, and of rabbit for ketothiolase or peroxisomal catalase were added at a rate of 10 μg / ml ((Vector), and a specific labeling was revealed by the use of streptavidin Cy3 (Jackson Immunoresearch Laboratories) or streptavidin fluorescein (Vector).
Pour les études de co-localisation, des cellules ont tout d'abord été traitées par des anticorps 1D6 ou 2B4, puis par l'anti-sérum de catalase peroxysomale.For the co-localization studies, cells were first treated with 1D6 or 2B4 antibodies, then with the peroxisomal catalase anti-serum.
Trois séries d'expériences ont été effectuées afin d'exclure les réactions croisées non spécifiques entre anticorps primaires et secondaires. Des cellules ont été incubées avec : 1 ) des anticorps monoclonaux 106 et des anticorps de lapin marqués à la fluorescine- avidine D ; 2) un antisérum catalase et des anticorps de souris marqués à la Cy3-Streptavidine ; 3) des anticorps anti-isotypes (IgGI) de souris biotynilés et de la Cy3-Streptavidine.Three series of experiments were carried out in order to exclude non-specific cross-reactions between primary antibodies and secondary. Cells were incubated with: 1) monoclonal antibodies 106 and rabbit antibodies labeled with fluorescin-avidin D; 2) a catalase antiserum and mouse antibodies labeled with Cy3-Streptavidin; 3) anti-isotype antibodies (IgGI) from biotynilized mice and Cy3-Streptavidin.
Détermination des taux d'acides gras à très longue chaîne et de l'activité β-oxydante du peroxysomeDetermination of the levels of very long chain fatty acids and of the β-oxidant activity of the peroxisome
Les concentrations en acides gras à très longue chaîne ont été ensuite mesurées dans des fibroblastes cutanés par l'utilisation d'une technique combinant la spectrométrie de masse et la chromatographie en phase gaz/liquide, selon un protocole décrit par Aubourg P. et al. (1985, J. Lipid Res. 26, 263-267). La capacité des fibroblastes à oxyder l'acide lignocérique en acétate, a été mesurée selon un protocole décrit par Aubourg P. et al. (1993, Ped Res. 34, 270-276). Transduction rétrovirale d'un ADNc codant pour une ALDp normale dans des fibroblastes de patients atteints de l'ALDThe concentrations of very long chain fatty acids were then measured in skin fibroblasts by the use of a technique combining mass spectrometry and gas / liquid chromatography, according to a protocol described by Aubourg P. et al. (1985, J. Lipid Res. 26, 263-267). The ability of fibroblasts to oxidize lignoceric acid to acetate was measured according to a protocol described by Aubourg P. et al. (1993, Ped Res. 34, 270-276). Retroviral transduction of cDNA coding for normal ALDp in fibroblasts of patients with ALD
Cette étape a permis d'évaluer si ce transfert était en mesure de corriger les troubles générés par cette maladie. Ainsi que précédemment décrit, la construction de l'invention a été co-transfectée avec le plasmide PGK-néomycine, conférant une résistance à G418 dans les cellules d'enveloppes yCRIP, ceci permettant l'isolation de plusieurs lignées cellulaires productrices du virus amphotrope M48-ALD.This stage made it possible to assess whether this transfer was able to correct the disorders generated by this disease. As previously described, the construction of the invention was co-transfected with the plasmid PGK-neomycin, conferring resistance to G418 in yCRIP envelope cells, this allowing the isolation of several cell lines producing the amphotropic virus M48 -ALD.
Des fibroblastes cutanés ALD ont ensuite fait l'objet d'une transduction avec, soit un surnageant de cellules yCRIP productrices de M48-ALD, soit un surnageant des cellules Glu-3- yCRIP. Des études basées sur l'immunocytofluorescence ont montré que 75+6% des fibroblastes du patient JL et 66+4% des fibroblastes du patient SL exprimaient la protéine recombinante ALDp normale après deux cycles d'infection. L'intégration provirale de M48-ALD intacte fut ensuite démontrée par une analyse par un Southern blot sur des fibroblastes cutanés ALD (figure 2).ALD skin fibroblasts were then transduced with either a supernatant of yCRIP cells producing M48-ALD, or a supernatant of Glu-3-yCRIP cells. Immunocytofluorescence-based studies have shown that 75 + 6% of fibroblasts in patient JL and 66 + 4% of fibroblasts in patient SL express the normal recombinant protein ALDp after two cycles of infection. The proviral integration of intact M48-ALD was then demonstrated by Southern blot analysis on ALD skin fibroblasts (Figure 2).
Expression in vitro de l'ALDp normale dans des fibroblastes avant incorporé le vecteur Afin de déterminer l'effet de la transduction rétrovirale sur l'expression de la protéine recombinante ALDp, des fibroblastes ALD ayant fait l'objet d'une transduction ont été mis en culture à confluence dans un milieu frais, pour être ensuite étudiés par immunocvtofluorescence et immunoblotting. L'immunoblotting de fibroblastes normaux avec des anticorps 1 D6 et 2B4 a révélé une protéine spécifique de 75 kDa : l'ALDp (figure 3, ligne 1 ) (Mosser et al., 1994, Hum. mol. Genêt. 3, 265-271). Cette bande à 75 kDa était absente chez les fibroblastes issus du patient JL (figure 3, lignes 4 et 6). Après transduction avec le vecteur M48-ALD, une bande ALDp à 75 kDa était présente chez les fibroblastes des deux patients atteints d'ALD (figure 3, lignes 3 et 5). Si l'on se base sur la mesure de l'intensité de la bande, on peut observer que l'expression de l'ALDp est augmentée de cinq fois par rapport à sa valeur normale dans ces fibroblastes. La bande à 75 kDa n'était pas détectable dans les fibroblastes ALD ayant subi une transduction par le vecteur contrôle Glu-3.In vitro expression of normal ALDp in fibroblasts before incorporating the vector In order to determine the effect of retroviral transduction on the expression of the recombinant protein ALDp, transduced ALD fibroblasts were used. in culture at confluence in a fresh medium, to then be studied by immunocytofluorescence and immunoblotting. Immunoblotting of normal fibroblasts with antibodies 1 D6 and 2B4 revealed a specific protein of 75 kDa: ALDp (FIG. 3, line 1) (Mosser et al., 1994, Hum. Mol. Genêt. 3, 265- 271). This 75 kDa band was absent in fibroblasts from patient JL (Figure 3, lines 4 and 6). After transduction with the vector M48-ALD, an ALDp band at 75 kDa was present in the fibroblasts of the two patients with ALD (FIG. 3, lines 3 and 5). Based on the measurement of the intensity of the band, it can be observed that the expression of the ALDp is increased by five times compared to its normal value in these fibroblasts. The 75 kDa band was not detectable in ALD fibroblasts having been transduced by the control vector Glu-3.
Par utilisation d'immunocytofluorescence indirecte, les anticorps 1 D6 et 2B4 ont permis de détecter, avant transduction avec le vecteur M48-ALD, un pointillé de tâches fluorescentes cytoplasmiques dans les fibroblastes des patients SM (figure 4) cependant moins intense que celles observées dans les fibroblastes normaux, mais n'ont pu révéler aucun signal fluorescent pointillé dans les fibroblastes JL.By using indirect immunocytofluorescence, the 1 D6 and 2B4 antibodies made it possible to detect, before transduction with the vector M48-ALD, a dotted line of cytoplasmic fluorescent spots in the fibroblasts of MS patients (FIG. 4), however less intense than those observed in normal fibroblasts, but could not reveal any dotted fluorescent signal in JL fibroblasts.
Après transduction avec le vecteur M48-ALD, une coloration pointillée marquée est réapparue dans les fibroblastes du patient JL (figure 4B) et le motif pointillé augmenta notablement dans les fibroblastes SM (figure 4D). Ces modifications ne furent pas observées dans les cellules ayant subi une transduction par le vecteur contrôle Glu-3. Une double immunocytofluorescence indirecte confirma que l'ALDp recombinante était bien peroxysomale. Les fibroblastes du patient JL ayant subi une transduction par le vecteur M48-ALD, ont présenté un signal pointillé rouge lorsqu'une immunocytofluorescence indirecte était effectuée avec des anticorps anti-ALDp marqués par Cy3 (figure 4E), et un signal pointillé vert lorsque une immunocytofluorescence indirecte était effectuée par un antisérum de catalase peroxysomale marqué par la fluoresceine (figure 4F). Une image superposée montra une tâche jaune brun entre les signaux pointillés verts et rouges (figure 4G), indiquant que l'ALD recombinante ainsi que la thiolase peroxysomale endogène étaient co-localisées au niveau du peroxysome, de la même façon que cela avait été observé par Mosser et al. (1994, Hum. mol. Genêt. 3, 265-271 ) dans les fibroblastes normaux.After transduction with the vector M48-ALD, a marked dotted coloration reappeared in the fibroblasts of patient JL (FIG. 4B) and the dotted pattern increased notably in the SM fibroblasts (FIG. 4D). These changes were not observed in cells transduced by the Glu-3 control vector. A double indirect immunocytofluorescence confirmed that the recombinant ALDp was indeed peroxisomal. The fibroblasts of the patient JL having undergone a transduction by the vector M48-ALD, presented a red dotted signal when an indirect immunocytofluorescence was carried out with anti-ALDp antibodies labeled with Cy3 (FIG. 4E), and a green dotted signal when a Indirect immunocytofluorescence was performed by a peroxisomal catalase antiserum labeled with fluorescein (Figure 4F). A superimposed image showed a yellowish brown spot between the green and red dotted signals (Figure 4G), indicating that the recombinant ALD as well as the endogenous peroxisomal thiolase were co-located at the peroxisome level, in the same way as had been observed. by Mosser et al. (1994, Hum. Mol. Genêt. 3, 265-271) in normal fibroblasts.
Aucun agrégat cytosolique ne fut observé dans les deux lignées cellulaires ALD, ceci indiquant que la plupart, si ce n'est toutes les ALDp recombinantes, avaient été correctement incorporées dans les membranes peroxysomales. Ceci atteste le fait que les fibroblastes ALD possèdent un système capable d'intégrer au niveau des peroxysomes de grandes quantités d'ALDp. Expression à long terme de l'ALDp normale chez des fibroblastes avant incorporé le vecteurNo cytosolic aggregates were observed in the two ALD cell lines, indicating that most, if not all of the recombinant ALDp, had been properly incorporated into the peroxisomal membranes. This attests to the fact that the ALD fibroblasts have a system capable of integrating at the level of the peroxisomes large quantities of ALDp. Long-term expression of normal ALDp in fibroblasts before incorporating the vector
Les inventeurs ont ensuite étudié l'expression à long terme d'ALDp normale dans des fibroblastes traités par le vecteur de l'invention. L'intensité de la bande à 75 kDa détectée par "immunoblotting" ne présentait pas de différence significative chez les fibroblastes cutanésThe inventors then studied the long-term expression of normal ALDp in fibroblasts treated with the vector of the invention. The intensity of the band at 75 kDa detected by "immunoblotting" did not show any significant difference in skin fibroblasts
ALD ayant subi une transduction par le vecteur M48-ALD et ayant été mis en culture pendant une période de deux mois (c'est-à-dire correspondant à cinq passages) (figure 3, lignes 5 à 7). Par des techniques d'immunofluorescence, aucun abaissement du pourcentage d'expression de l'ALDp recombinante chez les patients JL et SM n'a été observé durant cette période de deux mois. Correction du métabolisme des acides gras à très longue chaîne chez les fibroblastes avant incorporé le vecteurALD having been transduced by the M48-ALD vector and having been cultured for a period of two months (that is to say corresponding to five passages) (FIG. 3, lines 5 to 7). By immunofluorescence techniques, no reduction in the percentage of expression of recombinant ALDp in JL and SM patients was observed during this two-month period. Correction of the metabolism of very long chain fatty acids in fibroblasts before incorporating the vector
La β-oxydation de l'acide lignocérique (C24:0) avait subi un abaissement de respectivement 27% et 35% dans les fibroblastes des patients JL et SM. Après transduction avec le vecteur M48-ALD de l'invention, ces fibroblastes présentaient des taux de dégradation de l'acide lignocérique normaux (figure 5A).The β-oxidation of lignoceric acid (C24: 0) had undergone a reduction of 27% and 35% respectively in the fibroblasts of patients JL and SM. After transduction with the vector M48-ALD of the invention, these fibroblasts exhibited normal lignoceric acid degradation rates (FIG. 5A).
Pour estimer plus précisément la correction phénotypique, les concentrations d'acides gras à très longue chaîne ont été mesurées dans des fibroblastes ALD avant et après transduction par le vecteur M48-ALD.To estimate the phenotypic correction more precisely, the concentrations of very long chain fatty acids were measured in ALD fibroblasts before and after transduction by the vector M48-ALD.
La figure 5B montre que la teneur en acides gras à très longue chaîne, dans des fibroblastes n'ayant pas subi de transduction des patients SM et JL, était 3,5 à 4 fois supérieure à celle des fibroblastes normaux. La transduction par le vecteur M48-ALD a normalisé la concentration en acide hexacosanoïque de ces fibroblastes (figure 5B), ainsi que les rapports entre acides gras C26:0/C22:0 et C24.0/C22.O. Aucun changement n'a été cependant observé dans les fibroblastes ALD ayant subi une transduction avec le vecteur de contrôle Glu-3. Les taux d'acides à très longue chaîne des fibroblastes ALD ayant subi une transduction et mis en culture pendant une durée de trois mois, sont restés normauxFIG. 5B shows that the content of very long chain fatty acids, in fibroblasts which have not undergone transduction from patients SM and JL, was 3.5 to 4 times higher than that of normal fibroblasts. Transduction by the vector M48-ALD normalized the concentration of hexacosanoic acid in these fibroblasts (FIG. 5B), as well as the relationships between fatty acids C26: 0 / C22: 0 and C24.0 / C22.O. No change was however observed in ALD fibroblasts having undergone transduction with the control vector Glu-3. The very long chain acid levels of transduced transduced ALD fibroblasts cultured for three months remained normal
(figure 5B).(Figure 5B).
D'un point de vue histologique, les travaux effectués par Moser et Moser en 1991 [The Metabolic Basis of Inhe ted Disease (Scriver, C.R., Beaudet, A.L., Sly, W. S. & Valle, D.; McGraw-Hill, New York) pp.1511- 1532] avaient pu aboutir aux observations suivantes.From a histological point of view, the work done by Moser and Moser in 1991 [The Metabolic Basis of Inhe ted Disease (Scriver, CR, Beaudet, AL, Sly, WS & Valle, D .; McGraw-Hill, New York) pp.1511-1532] could have led to the following observations.
Les lésions démyélinisantes causées par l'ALD au niveau du cerveau sont diffuses. Elles concernent souvent le lobe occipital et/ou le lobe frontal, ainsi que les capsules internes. Il est vraisemblable que la démyélinisation observée dans l'ALD est liée à l'accumulation d'acides gras à très longue chaîne au niveau des différentes fractions lipidiques de la myéline, entraînant ainsi une altération de leurs propriétés physiques ainsi qu'une déstabilisation de la membrane myélinique.Demyelinating lesions caused by ALD in the brain are diffuse. They often concern the occipital lobe and / or the frontal lobe, as well as the internal capsules. It is likely that the demyelination observed in ALD is linked to the accumulation of very long chain fatty acids in the various lipid fractions of myelin, thus causing an alteration of their physical properties as well as a destabilization of the myelin membrane.
Des vecteurs adénoviraux ou herpétiques non réplicants ont été proposés pour des injections stéreotactiques dans le but d'introduire des gènes étrangers au niveau de différentes zones du cerveau. Cette approche par injection ne convient cependant pas au cas de l'ALD puisque cela nécessiterait de nombreuses injections au niveau des différents sites du cerveau.Non-replicating adenoviral or herpetic vectors have been proposed for stereotactic injections with the aim of introducing foreign genes into different areas of the brain. However, this injection approach is not suitable for ALD since it would require numerous injections at different sites in the brain.
Les récents travaux de Altman (Altman, J. 1994, Trends Neurosci. 17, 47-49) ont montré que jusqu'à 20% des cellules gliales sont des cellules de la microglie. Bien que le remplacement des cellules fixes de la microglie soit une question encore controversée, plusieurs constatations suggèrent que les monocytes dérivés des cellules hématopoïétiques périphériques puissent traverser la barrière sanguine du cerveau, pénétrer le parenchyme cervical et se différencier en cellules microgliales (Altman,Recent work by Altman (Altman, J. 1994, Trends Neurosci. 17, 47-49) has shown that up to 20% of glial cells are microglia cells. Although replacement of fixed microglia cells is still a controversial issue, several findings suggest that monocytes derived from peripheral hematopoietic cells may cross the blood barrier of the brain, penetrate the cervical parenchyma and differentiate into microglial cells (Altman,
J. 1994, Trends Neurosci. 17, 47-49 ; Hickey, W.F. & Kimura H. 1988, Science 239, 290-292).J. 1994, Trends Neurosci. 17, 47-49; Hickey, W.F. & Kimura H. 1988, Science 239, 290-292).
La transplantation de moelle osseuse permet l'amélioration de plusieurs désordres neurodégénératifs, et cela s'explique par le remplacement de cellules microgliales anormales grâce à l'apport de nouvelles cellules hématopoïétiques [Krivit, W. & Shapiro, E. 1991 , in Treatment of genetic disorders (Desnick, R.J.; Churchill Livingston, New- York) pp.203-221 ].Bone marrow transplantation allows the improvement of several neurodegenerative disorders, and this is explained by the replacement of abnormal microglial cells thanks to the contribution of new hematopoietic cells [Krivit, W. & Shapiro, E. 1991, in Treatment of genetic disorders (Desnick, RJ; Churchill Livingston, New York) pp.203-221].
Les travaux de Aubourg et al. (1990 New Engl. J. Med. 322, 1860- 1866) ont démontré que concernant l'ALD, une transplantation allogénique de moelle osseuse peut réverser, ou stopper, la démyélinisation lorsque celle-ci est effectuée sur des enfants présentant des lésions démyélinisantes modérées et à progression lente. Cette procédure requiert cependant un donneur parfaitement histocompatible, tout en comportant des risques importants, y compris une violente réaction des cellules donneuses contre les cellules hôtes. Afin de circonvenir ces problèmes, les inventeurs ont considéré qu'une transplantation de moelle osseuse à caractère autologue, suite à l'insertion du gène normal de l'ALD, pourrait constituer une approche alternative. Une première étape nous a permis de déterminer si le transfert in vitro de l'ADNc normal de l'ALD pouvait corriger le phénotype des fibroblastes ALD.The work of Aubourg et al. (1990 New Engl. J. Med. 322, 1860- 1866) have shown that concerning ALD, an allogenic bone marrow transplant can reverse, or stop, demyelination when it is performed on children with demyelinating lesions moderate and slow progression. However, this procedure requires a perfectly histocompatible donor, while carrying significant risks, including a violent reaction of the donor cells against the host cells. In order to circumvent these problems, the inventors have considered that an autologous bone marrow transplant, following the insertion of the normal ALD gene, could constitute an alternative approach. A first step allowed us to determine if the in vitro transfer of normal ALD cDNA could correct the phenotype of ALD fibroblasts.
On a donc construit un vecteur retroviral recombinant M48-ALD permettant l'insertion ainsi que l'expression du ADNc normal de l'ALD humain. Cette construction a par la suite été testée dans des fibroblastes cutanés de patients n'ayant aucun lien de parenté. Avant la transduction par le vecteur M48-ALD, l'ALDp était absente au niveau de l'une des lignées des cellules mutées et présente mais défectueuse dans l'autre.We therefore constructed a recombinant retroviral vector M48-ALD allowing the insertion as well as the expression of the normal cDNA of human ALD. This construction was subsequently tested in cutaneous fibroblasts from unrelated patients. Before transduction by the vector M48-ALD, the ALDp was absent in one of the mutated cell lines and present but defective in the other.
Après transduction par le vecteur recombinant M48-ALD, l'ALDp recombinante abondamment exprimée fut normalement incorporée dans les peroxysomes des fibroblastes des deux patients. La distribution cellulaire de l'ALDp recombinante était diffuse comme dans les fibroblastes normaux, et co-lσcalisée avec la cétothiolase peroxysomale. Bien que l'ALDp était surexprimée, aucun agrégat d'ALDp n'a été observé dans le cytosol, comme c'est le cas dans une lignée de cellules particulières de Zellweger (GM6231). Ces résultats confirment le fait que la plupart, si ce n'est toutes les protéines recombinantes ALDp, étaient correctement localisées au niveau des peroxysomes.After transduction by the recombinant vector M48-ALD, the abundantly expressed recombinant ALDp was normally incorporated into the peroxisomes of the fibroblasts of the two patients. The cellular distribution of recombinant ALDp was diffuse as in normal fibroblasts, and co-localized with peroxisomal ketothiolase. Although the ALDp was overexpressed, no aggregation of ALDp was observed in the cytosol, as is the case in a particular Zellweger cell line (GM6231). These results confirm the fact that most, if not all of the recombinant ALDp proteins, were correctly located at the peroxisome level.
Il a été montré par Moser et Moser [The Metabolic Basis of Inherited Disease (Scriver, C.R., Beaudet, A.L., Sly, W.S. & Valle, D.;McGraw-Hill, New York) pp.1511-1532] et par Singh et al. (Proc. natl.It has been shown by Moser and Moser [The Metabolic Basis of Inherited Disease (Scriver, CR, Beaudet, AL, Sly, WS & Valle, D.; McGraw-Hill, New York) pp.1511-1532] and by Singh and al. (Proc. Natl.
Acad. Sci. U.S.A.81 ,4203-4207) que l'oxydation de l'acide lignocérique, un substrat de la β-oxydation peroxysomale, était réduite de 20 à 35% de la normale dans les fibroblastes ALD.Acad. Sci. U.S.A. 81, 4203-4207) that the oxidation of lignoceric acid, a substrate for peroxisomal β-oxidation, was reduced by 20 to 35% of normal in ALD fibroblasts.
Le transfert de gène utilisant les moyens décrits dans la présente invention a permis de normaliser complètement ce défaut d'oxydation. En conséquence, la teneur en acides gras à très longue chaîne est redevenue normale au niveau des lignées cellulaires de fibroblastes des patients chez qui ces acides gras avaient été accumulés. Ces résultats indiquent que l'ALDp recombinante localisée au niveau de la membrane peroxysomale était fonctionnelle et permettait une restauration totale de l'activité de la synthétase qui permet d'associer les acides gras à très longue chaîne déficiente en ALDp. L'expression stable d'ADLp ainsi qu'une correction métabolique prolongée était obtenue pour trois mois.Gene transfer using the means described in the present invention has made it possible to completely normalize this oxidation defect. As a result, the content of very long chain fatty acids is returned to normal in the fibroblast cell lines of patients in whom these fatty acids had been accumulated. These results indicate that the recombinant ALDp localized at the level of the peroxisomal membrane was functional and allowed a total restoration of the activity of the synthetase which makes it possible to associate the very long chain fatty acids deficient in ALDp. Stable expression of ADLp as well as prolonged metabolic correction was obtained for three months.
Puisque des vecteurs rétroviraux peuvent efficacement transférer, ainsi qu'exprimer, des quantités physiologiques de glucocérébrosidase dans des cellules hématopoïétiques à longue vie de la moelle osseuse chez des patients atteints de la maladie de Gaucher (Nolta J.A. et al., 1992, J. Clin. Invest. 90, 342-348), on devrait obtenir des résultats similaires avec l'ALDp chez les patients atteints d'adrénoleucodystrophie.Since retroviral vectors can efficiently transfer, as well as express, physiological amounts of glucocerebrosidase in long-lived hematopoietic cells of the bone marrow in patients with Gaucher disease (Nolta JA et al., 1992, J. Clin Invest. 90, 342-348), similar results should be obtained with ALDp in patients with adrenoleukodystrophy.
Correction des cellules CD 34+ de patients atteint par l'ALD par transfert de l'ADN complémentaire normal du gène de l'ALD au moyen du vecteur retroviral M48-ALDPCorrection of CD 34+ cells of patients affected by ALD by transfer of normal complementary DNA to the ALD gene using the retroviral vector M48-ALDP
Le vecteur M48-ALDP a été utilisé pour corriger in vitro des cellules CD34+ d'un patient atteint d'ALD dont la mutation du gène ALD conduisait à une absence totale de protéine ALD (ALDp).The vector M48-ALDP was used to correct in vitro CD34 + cells from a patient with ALD whose mutation in the ALD gene led to a complete absence of ALD protein (ALDp).
Les cellules CD34+ ont été purifiées sur colonnes CelIPro à partir d'un prélèvement de 100 ml de moelle congelée d'un patient ALD. On a ainsi purifié 5 x 106 cellules CD34+, et 3 x 106 cellules CD34+ ont été infectées avec du surnageant de clones ψCRIP producteurs de retrovirus recombinants M48-ALDP dans les conditions suivantes : 5 cycles d'infection sur 36 heures, en présence des interleukines IL3 (10 ng/ml), IL6 (10 ng/ml), SCF (50 ng/ml), et 2 x 104 cellules/ml de surnageant. L'analyse des cellules en immunoflorescence indirecte faite à 24 heures avec un anticorps anti-ALDp a montré que 21 % des cellules exprimaient la protéineThe CD34 + cells were purified on CelIPro columns from a sample of 100 ml of frozen marrow from an ALD patient. 5 × 10 6 CD34 + cells were thus purified, and 3 × 10 6 CD34 + cells were infected with supernatant of ψCRIP clones producing recombinant M48-ALDP retroviruses under the following conditions: 5 infection cycles over 36 hours, in the presence interleukins IL3 (10 ng / ml), IL6 (10 ng / ml), SCF (50 ng / ml), and 2 x 10 4 cells / ml of supernatant. Analysis of cells in indirect immunoflorescence carried out at 24 hours with an anti-ALDp antibody showed that 21% of the cells expressed the protein
ALDp qui était correctement ciblée dans les peroxysomes. Ces cellules transduites ainsi que les cellules CD34+ du même patient ALD non infectées ont été ensuite étudiées dans un système de culture in vitro de moelle osseuse à long terme (Long term culture of human myeloid cells, Sutherland H.J., Evans .1., p. 139-163 (Culture of hematopoietic cells, Ed. Freshney R.I., Pragnell I.B. et Freshney M. G., Wiley-liss, 1994)). Des tests de différentiation cellulaire en milieu de méthycellulose ont été réalisés à 2, 5 et 7 semaines. Ces études ont permis de démontrer qu'après 7 semaines de culture suivies de 2 semaines de culture au milieu de méthycellulose, 12 % de colonies granuleuses et ou macrophagiques exprimaient la protéine ALDp recombinante.ALDp which was correctly targeted in peroxisomes. These cells transduced as well as CD34 + cells from the same uninfected ALD patient were then studied in a long-term in vitro culture system of bone marrow (Long term culture of human myeloid cells, Sutherland HJ, Evans. 1., p. 139- 163 (Culture of hematopoietic cells, Ed. Freshney RI, Pragnell IB and Freshney MG, Wiley-liss, 1994)). Cell differentiation tests in methylcellulose medium were carried out at 2, 5 and 7 weeks. These studies made it possible to demonstrate that after 7 weeks of culture followed by 2 weeks of culture in the middle of methylcellulose, 12% of granular and or macrophagic colonies expressed the recombinant ALDp protein.
L'ensemble de ces résultats qui ont été dupliqués sur un prélèvement de moelle osseuse d'un deuxième patient atteint d'ALD démontrent que le vecteur M48-ALDP permet :All of these results, which have been duplicated on a bone marrow sample from a second patient with ALD, demonstrate that the vector M48-ALDP allows:
1) d'infecter environ 10 % des cellules véritablement souches dans le pool de cellules CD34+ ;1) infect approximately 10% of the true stem cells in the CD34 + cell pool;
2) de faire exprimer de manière stable la protéine ALDp pendant 7 semaines dans un système de culture de moelle osseuse à long terme, cette protéine étant normalement ciblée dans les peroxysomes. 2) to stably express the ALDp protein for 7 weeks in a long-term bone marrow culture system, this protein being normally targeted in peroxisomes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Vecteur recombinant utilisable pour introduire une séquence d'acide nucléique dans une cellule cible, caractérisé en ce qu'il comprend :1. Recombinant vector which can be used to introduce a nucleic acid sequence into a target cell, characterized in that it comprises:
- une séquence de nucléotides dérivée d'un ADNc du gène dont la mutation est responsable de l'adrénoleucodystrophie ou de l'adrénomyelopathie et qui code pour une protéine membranaire, - un vecteur retroviral M48 dans lequel ladite séquence de nucléotides est insérée.- a nucleotide sequence derived from a cDNA of the gene whose mutation is responsible for adrenoleukodystrophy or adrenomyyelopathy and which codes for a membrane protein, - a retroviral vector M48 into which said nucleotide sequence is inserted.
2. Vecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un vecteur retroviral recombinant caractérisé en ce qu'il comprend :2. Vector according to claim 1, characterized in that it is a recombinant retroviral vector characterized in that it comprises:
- un fragment d'un ADNc du gène dont la mutation est responsable d'adrenoleucodystrophie ou d'adrenoneuromyelopathie et qui code pour une protéine membranaire,- a fragment of a cDNA of the gene whose mutation is responsible for adrenoleukodystrophy or adrenoneuromyelopathy and which codes for a membrane protein,
- un vecteur retroviral M48 dans lequel ledit fragment d'ADN complémentaire est inséré au niveau d'un site de restriction BamHI.- A M48 retroviral vector into which said complementary DNA fragment is inserted at a BamHI restriction site.
3. Vecteur retroviral recombinant selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'ADNc est un fragment Spel-EcoRI d'une longueur de 2,43 kb.3. Recombinant retroviral vector according to claim 2 characterized in that the cDNA is a Spel-EcoRI fragment with a length of 2.43 kb.
4. Vecteur retroviral recombinant selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'expression de l'ADNc est sous le contrôle d'un LTR ou de tout autre promoteur actif dans les cellules souches hématopoïétiques, les cellules gliales, notamment les oligodendrocytes et les cellules microgliales.4. Recombinant retroviral vector according to claim 2 or 3, characterized in that the expression of the cDNA is under the control of an LTR or of any other promoter active in hematopoietic stem cells, glial cells, in particular oligodendrocytes and microglial cells.
5. Vecteur retroviral recombinant selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il répond au schéma de la figure 1.5. Recombinant retroviral vector according to claim 2, characterized in that it corresponds to the diagram in FIG. 1.
6. Vecteur retroviral recombinant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fragment d'ADNc code pour une protéine capable de s'intégrer dans la membrane d'un organite cellulaire, le peroxysome. 6. Recombinant retroviral vector according to claim 2, characterized in that the cDNA fragment codes for a protein capable of integrating into the membrane of a cellular organelle, the peroxisome.
7. Vecteur retroviral selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il est trans-complémenté avec un vecteur, notamment un plasmide portant une séquence codant pour l'enveloppe d'un retrovirus, sous le contrôle d'éléments d'expression et de régulation. 7. retroviral vector according to any one of claims 2 to 6, characterized in that it is trans-complemented with a vector, in particular a plasmid carrying a sequence coding for the envelope of a retrovirus, under the control of elements of expression and regulation.
8. Vecteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le vecteur retroviral M48 est remplacé par un virus adéno-associé (AAV).8. Vector according to claim 1 or claim 2, characterized in that the retroviral vector M48 is replaced by an adeno-associated virus (AAV).
9. Vecteur seion la revendication 8, caractérisé en ce que la séquence de nucléotides dérivée d'un ADNc du gène dont la mutation est responsable de l'adrénoleucodystrophie ou de l'adrénomyelopathie et qui code pour une protéine membranaire sous le contrôle de deux séquences inversées répétées, placées respectivement en amont et en aval de la séquence codante de nucléotides.9. Vector according to claim 8, characterized in that the nucleotide sequence derived from a cDNA of the gene whose mutation is responsible for adrenoleukodystrophy or adrenomyyelopathy and which codes for a membrane protein under the control of two sequences inverted repeaters placed respectively upstream and downstream of the nucleotide coding sequence.
10. Cellules recombinantes caractérisées en ce qu'il s'agit de cellules ayant la capacité d'être tolérées immunologiquement par un organisme auquel elles seraient administrées, modifiées par un vecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.10. Recombinant cells characterized in that they are cells having the capacity to be tolerated immunologically by an organism to which they would be administered, modified by a vector according to any one of claims 1 to 9.
11. Cellules recombinantes selon la revendication 10, caractérisées en qu'il s'agit de fibroblastes cutanés. 11. Recombinant cells according to claim 10, characterized in that they are cutaneous fibroblasts.
12. Cellules recombinantes selon la revendication 10, caractérisées en ce qu'il s'agit de cellules hématopoïétiques souches, en particulier de cellules précoces, notamment la population cellulaire CD 34+.12. Recombinant cells according to claim 10, characterized in that they are hematopoietic stem cells, in particular early cells, in particular the CD 34 + cell population.
13. Cellules recombinantes selon la revendication 10, caractérisées en ce que M48 est remplacé par un AAV. 13. Recombinant cells according to claim 10, characterized in that M48 is replaced by an AAV.
14. Cellules recombinantes selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisées en ce qu'il s'agit de cellules constitutives du système nerveux, notamment d'oligodendrocytes, de cellules microgliales, ou de cellules de Schwann.14. Recombinant cells according to any one of claims 10 to 13, characterized in that they are cells constituting the nervous system, in particular oligodendrocytes, microglial cells, or Schwann cells.
15. Utilisation d'un vecteur ou d'une cellule recombinante selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, pour la préparation d'un médicament servant au traitement des maladies susceptibles d'être corrigées par l'expression de la protéine (ALDp) normalement codée par le gène de l'ALD.15. Use of a vector or a recombinant cell according to any one of claims 1 to 14, for the preparation of a medicament for the treatment of diseases likely to be corrected by expression of the protein (ALDp) normally encoded by the ALD gene.
16. Méthode pour l'introduction dans un organisme, d'un ADNc ou d'un fragment d'ADNc codant pour l'ADLp, ladite méthode comprenant :16. Method for the introduction into an organism of a cDNA or of a cDNA fragment coding for ADLp, said method comprising:
- l'insertion in vitro dudit ADNc, de préférence au moyen d'un vecteur retroviral ou AAV, dans une population de cellules ayant la capacité d'être tolérées immunologiquement par ledit organisme, etthe insertion in vitro of said cDNA, preferably by means of a retroviral vector or AAV, into a population of cells having the capacity to be tolerated immunologically by said organism, and
- l'introduction dans l'organisme desdites cellules. - the introduction into the organism of said cells.
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