Targeted Correction of Dominant Mutations of Type I Collagen Causing Severe OI

针对性纠正导致严重成骨不全的 I 型胶原蛋白显性突变

基本信息

  • 批准号:
    8494284
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 32.73万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-04-01 至 2018-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Historically, osteogenesis imperfecta (OI) has been the paradigm for the study of a dominantly inherited disease of connective tissue resulting from a mutation that disrupts the three dimensional structure of a major extracellular protein. The study of OI mutations has shown that the disease results not only from an improperly organized bone matrix that is continually undergoing remodeling (high turnover bone) but also from impaired matrix production due to the high intracellular content of misfolded collagen chains (low collagen secretion) and retarded osteoblast differentiation. While therapies directed at any of these mechanisms can improve disease severity, everyone agrees that correction of the underlying genetic mutation is the ultimate therapeutic goal. With advances in stem cell biology and in methods for homologous recombination at a defined genomic site, a potential roadmap for a gene/stem cell therapy for OI has become feasible. This application will test the practicalit of the roadmap as we envision it. Fibroblasts obtained from normal and OI subjects with genetically defined mutations resulting in the severest forms of the disease will be converted to iPS cell using methods that do not integrate the transcription factors into the host genome. To follow the osteogenic fate of these cells, a bone restricted reporter gene (Col2.3GFP) will be inserted into the AAVR1 locus using a proven Zn finger technology. Subsequently the genome of OI-iPS line will be cleaved near the site of the mutation in the Col1A1 gene using TALEN targeting proteins to direct correcting DNA into the host chromatin repair mechanism. To enhance the possibility the cleaved DNA will be repaired by the desired homology-driven mechanism rather than the non-homologous end joining (NHEJ) mechanism, transient co-transfection of genes encoding herpes derived recombination enhancement proteins (UL12 and ICP8) will be added to the targeting protocol to determine if a higher proportion of correctly targeted clones is obtained. Once corrected OI-iPS clonal cell lines are obtained, their ability to correct a skeletal repair defect as well as control iPS clones, and certainly better than the uncorrected OI-iPS clones, will be evaluated by fluorescence-based cryohistological, molecular expression and mechanical criteria. This proposal is a proof of principle that correction of OI mutations will restore normal osteoblast differentiation and fully functional bone matrix production, which will yield the most desired cellular tool to determine the best manner to deliver the cells back to the affected host and achieve the greatest clinical impact on skeletal health and function. In addition, the technical pathway will be applicable to many other dominantly inherited diseases by providing a rapid and relatively low cost method for gene correction in IPS cells that are still capable of multi-lineage differentiation.
描述(由申请人提供):历史上,成骨不全症(OI)一直是研究结缔组织显性遗传性疾病的范例,该疾病是由破坏主要细胞外蛋白质三维结构的突变引起的。 OI 突变研究表明,该疾病不仅是由于骨基质组织不正确、不断进行重塑(骨周转率高)造成的,而且是由于细胞内错误折叠的胶原链含量高(胶原蛋白分泌低)而导致基质生成受损所致。和成骨细胞分化迟缓。虽然针对任何这些机制的治疗都可以改善疾病的严重程度,但每个人都同意纠正潜在的基因突变是最终的治疗目标。随着干细胞生物学和特定基因组位点同源重组方法的进步,成骨不全症基因/干细胞治疗的潜在路线图已变得可行。该应用程序将测试我们设想的路线图的实用性。使用不将转录因子整合到宿主基因组中的方法,将从正常和 OI 受试者中获得的成纤维细胞转化为 iPS 细胞,这些突变会导致最严重的疾病形式。为了追踪这些细胞的成骨命运,将使用经过验证的锌指技术将骨限制报告基因 (Col2.3GFP) 插入 AAVR1 基因座。随后,OI-iPS 系的基因组将在 Col1A1 基因突变位点附近使用 TALEN 靶向蛋白进行切割,以引导校正 DNA 进入宿主染色质修复机制。为了增强通过所需的同源驱动机制而不是非同源末端连接 (NHEJ) 机制修复切割 DNA 的可能性,将添加编码疱疹衍生重组增强蛋白(UL12 和 ICP8)的基因的瞬时共转染确定是否获得了更高比例的正确靶向克隆。一旦获得校正的 OI-iPS 克隆细胞系,它们的能力 纠正骨骼修复缺陷以及对照 iPS 克隆,并且肯定比未纠正的 OI-iPS 克隆更好,将通过基于荧光的冷冻组织学、分子表达和机械标准进行评估。该提案是一个原理证明,即纠正 OI 突变将恢复正常的成骨细胞分化和功能齐全的骨基质生成,这将产生最理想的细胞工具来确定最佳的递送方式 细胞返回受影响的宿主并对骨骼健康和功能产生最大的临床影响。此外,该技术途径将通过提供一种快速且相对低成本的方法来对仍具有多谱系分化能力的IPS细胞进行基因校正,从而适用于许多其他显性遗传疾病。

项目成果

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