基因增强治疗在Fam161a视网膜色素变性基因敲除小鼠模型中减缓视网膜变性

Gene augmentation therapy attenuates retinal degeneration in a knockout mouse model of Fam161a retinitis pigmentosa

作者信息Chen Matsevich, Prakadeeswari Gopalakrishnan, Ning Chang, Alexey Obolensky, Avigail Beryozkin, Manar Salameh, Corinne Kostic, Dror Sharon, Yvan Arsenijevic, Eyal Banin
PMID37580905
期刊Mol Ther
发布时间2023-10-04
DOI10.1016/j.ymthe.2023.08.011

实验完整度

高

包含体外病毒载体构建、小鼠模型体内注射、RT-PCR表达验证、活体影像(FFERG、FAF、OCT)功能结构评估及组织学与免疫组化验证,多个独立证据层级。

主要模型

Fam161a基因敲除小鼠模型 HEK293T细胞(用于病毒载体生产) 野生型小鼠视网膜(对照)

重点核对

P24-P29小鼠、单次或双次视网膜下注射AAV-mFam161aLo(5×10^10 vg/μL) RT-PCR检测Fam161a较长转录本表达量(注射后4周) OCT检测ONL厚度、FAF检测自发荧光斑点,3、6、8月龄 FFERG检测暗适应和光适应反应,评估功能拯救 H&E和免疫组化检测ONL厚度和FAM161A蛋白表达

摘要

感光细胞变性和死亡是包括年龄相关性黄斑变性和遗传性视网膜疾病(如视网膜色素变性)在内的多种人类致盲疾病的主要标志。近年来,遗传性视网膜疾病已成为包括基因和细胞疗法在内的新型治疗方式的“试验场”。目前,对于由FAM161A双等位基因致病性变异引起的视网膜色素变性,尚无有效的治疗方法。在本研究中,我们将编码mFam161a较长转录本的腺相关病毒注射到P24-P29 Fam161a基因敲除小鼠的视网膜下腔,以表征基因增强治疗的安全性和有效性。在3、6和8月龄时,通过视动反应测试、全视野视网膜电图、眼底自发荧光和光学相干断层扫描成像以及离体定量组织学和免疫组织化学研究进行一系列体内视网膜功能和结构评估,结果显示治疗眼具有显著的结构和功能拯救效果,并伴有感光细胞中FAM161A蛋白的表达。本研究的结果可能为未来在FAM161A缺陷患者中应用基因增强治疗提供重要的一步,通过鉴定一种有前景的异构体来拯救感光细胞及其功能。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
在Fam161a基因敲除小鼠模型中,AAV介导的Fam161a较长转录本基因增强治疗能否安全有效地减缓视网膜变性和功能丧失?
核心机制
通过视网膜下注射AAV-mFam161aLo,在感光细胞中表达FAM161A蛋白,该蛋白定位于感光细胞连接纤毛,从而维持感光细胞的结构完整性和功能,减缓视网膜变性。
主要证据
在Fam161a KO小鼠中,单次或双次注射AAV-mFam161aLo后,RT-PCR证实转录本表达,OCT和FAF显示结构拯救,FFERG和视动反应显示功能保留,组织学和免疫组化显示ONL厚度增加、FAM161A蛋白正确表达。
研究意义
作者提出,该结果为FAM161A-RP患者未来应用基因增强治疗提供了重要一步,因为FAM161A患者中央视网膜功能可维持数十年,提供了治疗窗口。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

AAV载体构建与生产

生成携带Fam161a较长或较短转录本的AAV8载体,用于基因增强治疗。

设计并构建包含FLAG标签的mFam161a较长和较短转录本,由IRBP增强子和hGRK1启动子驱动,包装为AAV8;通过HEK293T细胞三质粒共转染、碘克沙醇梯度离心纯化,qPCR定量。

2

小鼠视网膜下注射

将AAV载体递送至Fam161a KO小鼠视网膜下腔,以实现感光细胞转导。

P24-P29小鼠麻醉后,经巩膜穿孔,用34G钝针注射病毒悬液至视网膜下腔,形成bleb;单次注射鼻侧,双次注射鼻侧和颞侧。

3

转基因表达验证

确认Fam161a较长转录本在注射视网膜中表达。

注射后4周提取视网膜RNA,进行RT-PCR,特异性扩增包含外显子4的较长转录本。

4

活性视网膜结构与功能评估

纵向评估治疗后视网膜结构和功能的变化。

在3、6、8月龄进行FAF、OCT成像,以及FFERG记录;在8月龄进行视动反应测试评估视觉 acuity。

5

离体组织学与免疫组化评估

定量评估视网膜结构拯救并确认FAM161A蛋白表达定位。

摘取眼球,固定、包埋、切片,H&E染色测量ONL厚度;免疫组化检测FAM161A、FLAG、感光细胞标记物。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
HEK293T细胞----
脱氧核糖核酸酶Roche11284.932.001
OptiPrep密度梯度介质Sigma-AldrichD1556
Amicon Ultra-15Millipore--
Pluronic F-68Sigma-AldrichP5556
30G针头----
34G钝针----
Hamilton注射器Hamilton--
OPMI解剖显微镜Carl Zeiss--
小鼠头部固定器David Kopf Instruments921-E
5%氯霉素抗生素眼膏Rekah Pharmaceutical--
TRI试剂Sigma-AldrichT9424
DNA去除试剂盒InvitrogenAM1906
qScript cDNA合成试剂盒Quanta Bio95047-100
1 kb Plus DNA分子量标准NEBN3200L
Heidelberg-SPECTRALIS OCTHeidelberg Engineering--
OptoMotry系统Cerebral Mechanics--
Espion E2Diagnosys--
柠檬酸盐缓冲液BioSb--
抗原修复液----
抗FLAG M2抗体Sigma-AldrichF1804
抗FAM161A抗体Sigma-AldrichHPA032119
抗蓝视蛋白抗体Santa Cruz BiotechnologySC-16363
抗CRX抗体Abcamab140603
抗蓝视蛋白抗体MilliporeAb5407
抗绿视蛋白抗体InvitrogenPA5-24842
抗视紫红质抗体Thermo Fisher ScientificMS-1233-P
驴抗兔DyLight 488二抗Abcamab96919
驴抗小鼠Cy3二抗Jackson ImmunoResearch Laboratories711-165-152
奥林巴斯BX41显微镜Olympus--
Aperio CS2扫描仪Leica Biosystems--
奥林巴斯Fluoview FV1000共聚焦显微镜Olympus--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
载体生产
AAV载体构建和包装条件:质粒构建细节、HEK293T细胞转染效率、病毒纯化方法、滴度测定(qPCR)
阅读提示:Materials and methods: AAV-mFam161a vector generation
动物模型与注射
Fam161a KO小鼠品系、年龄(P24-P29)、注射途径(视网膜下)、注射体积(1 μL)、病毒滴度(5×10^10 vg/μL)、单次或双次注射部位、麻醉和手术细节
阅读提示:Materials and methods: Animals; Subretinal injection of the AAV-mFam161a vector
表达验证
RT-PCR检测时间点(4周)、引物序列、RNA提取和cDNA合成试剂盒、PCR条件
阅读提示:Materials and methods: RNA extraction and RT-PCR analysis
活体评估
FAF和OCT成像时间点(3,6,8月龄)、FFERG记录条件(暗适应、刺激强度、电极)、OMT测试参数
阅读提示:Materials and methods: In vivo FAF and OCT imaging; OMT; FFERG
组织学与免疫组化
固定、包埋、切片方法、H&E染色、ONL厚度测量步骤、IHC抗体浓度、抗原修复条件
阅读提示:Materials and methods: Histology and IHC