Developing gene therapy strategies to treat alpha thalassemia

开发治疗α地中海贫血的基因治疗策略

基本信息

项目摘要

ABSTRACT Alpha-thalassemia is one of the most common monogenic diseases in the world; while the carrier frequency is highest in those with South East Asian heritage, there is an expanding health burden in the US due to immigration patterns. Although the most severe form of disease, α-thalassemia major (ATM, in which all four alpha-globin genes are deleted), was formerly often lethal in utero, numerous patients are now surviving to birth after intrauterine blood transfusions, often with excellent neurologic outcomes. However, these patients have a severe chronic disease that requires monthly transfusions or a stem cell transplantation after birth. Patients with a three-gene mutation (such as those with Hemoglobin H-Constant Spring, HbH-CS) can also have severe disease requiring chronic transfusions. While several gene therapy treatments have been developed for patients with β-thalassemia, there are no such therapies for patients with the most severe forms of α-thalassemia, indicating a major unmet medical need. Due to the similarity to β-thalassemia—lack of functional hemoglobin tetramers and formation of toxic globin aggregates in absence of the corresponding binding partner—we believe we can adapt gene therapy strategies that have successfully corrected β-thalassemia in the clinic into analogous approaches for correction of α-thalassemia. These strategies include: 1) CRISPR/AAV- mediated genome editing to replace a copy of β-globin with an α-globin transgene (Aim 1, conducted by Drs. Matthew Porteus and Kyle Cromer at Stanford); 2) Lentiviral delivery of an α-globin cassette with erythroid-specific expression (Aim 2, conducted by Dr. Donald Kohn at UCLA); and 3) CRISPR- mediated de-repression of ζ-globin, the embryonic precursor to α-globin (Aim 3, conducted by Drs. Tippi MacKenzie and Bruce Conklin at UCSF). Our multi-institutional team has been actively collaborating to develop these strategies and the preliminary data presented in this grant. All three independent strategies will be developed in vitro and assessed based on their ability to normalize the globin chain imbalance and restore functional hemoglobin tetramers to α-thalassemia-derived HSCs (obtained from patients with ATM and HbH-CS cared for at UCSF). Furthermore, primary and secondary mouse transplantation experiments will be performed to ensure that edited HSCs retain their ability to engraft and reconstitute hematopoietic lineages in vivo. The expected outcome of the proposed work is a significant advancement toward a universal cure for α-thalassemia by generating substantial pre-clinical data (for one or more approaches) that may be developed into an IND with the FDA for an innovative first-in-human phase I/II clinical trial for ex vivo correction of this disease.
抽象的 α-地中海贫血是世界上最常见的单基因疾病之一; 具有东南亚血统的人的频率最高,健康负担不断扩大 美国由于移民模式,虽然最严重的疾病是α-地中海贫血。 (ATM,其中所有四个α-珠蛋白基因都被删除),以前在子宫内通常是致命的,许多 现在,患者在宫内输血后能够存活到分娩,通常神经系统状况良好 然而,这些患者患有严重的慢性疾病,需要每月输血。 或出生后进行干细胞移植的患者(例如患有三基因突变的患者)。 血红蛋白 H-Constant Spring,HbH-CS)也可能患有需要长期输血的严重疾病。 虽然已经针对 β 地中海贫血患者开发了几种基因治疗方法,但 对于患有最严重形式的 α 地中海贫血的患者,尚无此类疗法,这表明存在重大未满足的治疗方法 由于与β-地中海贫血相似——缺乏功能性血红蛋白四聚体和 在没有相应的结合伙伴的情况下形成有毒的球蛋白聚集体——我们相信我们 可以采用已在临床上成功纠正β地中海贫血的基因治疗策略 纠正 α-地中海贫血的类似方法包括:1) CRISPR/AAV-。 介导的基因组编辑,用 α-珠蛋白转基因取代 β-珠蛋白副本(目标 1,进行 斯坦福大学的 Matthew Porteus 和 Kyle Cromer 博士);2) α-珠蛋白盒的慢病毒递送 具有红细胞特异性表达(目标 2,由 UCLA 的 Donald Kohn 博士进行);以及 3) CRISPR- 介导 δ-珠蛋白(α-珠蛋白的胚胎前体)的去抑制(目标 3,由 Drs. 进行) 加州大学旧金山分校 (UCSF) 的蒂皮·麦肯齐 (Tippi MacKenzie) 和布鲁斯·康克林 (Bruce Conklin))我们的多机构团队一直在积极开展工作。 合作制定这些策略和本次赠款中提供的初步数据。 将在体外制定独立的策略,并根据其标准化能力进行评估 珠蛋白链失衡并恢复 α-地中海贫血来源的 HSC 的功能性血红蛋白四聚体 (从 UCSF 护理的 ATM 和 HbH-CS 患者中获得)。 将进行二次小鼠移植实验,以确保编辑后的 ​​HSC 保留其功能 体内移植和重建造血谱系的能力。 拟议的工作是通过产生 α-地中海贫血的普遍治愈方法的重大进步 大量临床前数据(针对一种或多种方法)可开发为 IND FDA 批准一项创新性首次人体 I/II 期临床试验,用于体外纠正这种疾病。

项目成果

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