Terapia génica para la ataxia de Friedreich basada en la

Terapia génica para la ataxia de Friedreich basada en la modificación de vectores virales y no virales para
D. Javier Díaz-Nido y su equipo
Título del Proyecto:
Terapia génica para la ataxia de Friedreich basada en la modificación de vectores virales y no
virales para mejorar su distribución a través de la barrera hematoencefálica.
Investigadores Principales:
Javier Díaz-Nido
Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (UAM-CSIC), Universidad Autónoma de Madrid;
CIBER de Enfermedades Raras (CIBERER).
Dirección Web
Antecedentes y estado actual de la investigación:
La terapia génica constituye una vía prometedora para el tratamiento de enfermedades
monogénicas como la ataxia de Friedreich (AF). En la actualidad existen distintos grupos de
investigación trabajando con distintos vectores virales (adenoasociados, lentivirales y
herpesvirales) con el objetivo de desarrollar una terapia génica para la AF.
Los vectores herpesvirales destacan por su capacidad para acomodar el gen completo de la
frataxina (con todas sus secuencias reguladoras). El uso del gen completo presenta
importantes ventajas (frente al uso de minigenes controlados por promotores exógenos) ya que
se asegura una expresión fisiológica del gen (también en respuesta a diferentes señales y
estados fisiológicos), así como un correcto y completo procesamiento del RNA transcrito
(permitiendo la expresión de todas las isoformas de la frataxina de una manera fisiológica).
El reto más importante para asegurar una buena eficiencia de la terapia génica consiste en
asegurar una amplia distribución del vector portador del gen de la frataxina a todas las regiones
del sistema nervioso que están afectadas (de manera muy particular a los ganglios espinales,
médula espinal y cerebelo).
En este contexto el desarrollo de “vehículos” portadores del gen de la frataxina y que sean
capaces de atravesar la barrera hematoencefálica constituiría un avance fundamental para
asegurar una amplia distribución del gen.
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Terapia génica para la ataxia de Friedreich basada en la modificación de vectores virales y no virales para
La barrera hematoencefálica es una barrera muy selectiva que impide el paso de la mayoría
de las moléculas de la sangre al sistema nervioso. Sin embargo, se ha demostrado
recientemente que algunos péptidos (denominados “lanzaderas”) pueden atravesar dicha
barrera así como permitir el transporte de “cargos” con distintas propiedades fisicoquímicas.
Así, por ejemplo, nanopartículas de oro recubiertas con un péptido capaz de interaccionar con
el receptor de la transferrina son capaces de atravesar la barrera hematoencefálica.
Nuestra intención con este proyecto es utilizar estos péptidos “lanzadera”, junto con otros
péptidos funcionales, para modificar los vectores herpesvirales, así como desarrollar nuevos
“vehículos” basados en nanopartículas sintéticas, que sean capaces de distribuir de una
manera eficiente el gen de la frataxina en el sistema nervioso.
Resumen del proyecto:
El objetivo principal de este proyecto es la generación de nuevas herramientas moleculares,
incluyendo vectores virales modificados y nanopartículas sintéticas, que puedan ser
transportadas de manera activa y selectiva a través de la barrera hematoencefálica de manera
que resulten eficientes para la terapia génica de la ataxia de Friedreich (AF).
Este proyecto pretende avanzar en la distribución de genes al sistema nervioso mediante la
combinación de vectores ya conocidos (como son los vectores herpesvirales y las
nanopartículas sintéticas de PLGA-PEG) con nuevos péptidos que pueden atravesar la barrera
hematoencefálica actuando como lanzaderas (BBB shuttles), péptidos “localizadores” que
dirigen los vectores a células diana específicas (HPs, del inglés “homing peptides”), y péptidos
capaces de entrar dentro de las células (denominados CPPs, del inglés “cell penetrating
peptides”).
Más específicamente, nuestro proyecto pretende transportar el ADN que codifica la frataxina
(cuya deficiencia es la causa de la enfermedad) utilizando vectores virales y no-virales
recubiertos de los péptidos lanzadera (BBB shuttles) que pueden atravesar la barrera
hematoencefálica, así como de péptidos directores (HPs) y de péptidos capaces de entrar
dentro de las células (CPPs).
Los vectores herpesvirales derivados del virus HSV1 ya han demostrado ser muy eficaces en
la transferencia de genes a neuronas, además de poseer una gran capacidad que les permite
transportar genes completos con todas sus secuencias reguladoras, pero carecen de la
capacidad de atravesar la barrera hematoencefálica en condiciones normales. La modificación
de estos vectores virales con péptidos lanzadera puede permitir su transporte a través de la
barrera hematoencefálica y así mejorar de manera muy importante su distribución en el sistema
nervioso.
Las nanopartículas sintéticas de PLGA-PEG presentan algunas ventajas importantes, ya que
son fáciles de preparar a gran escala y tienen generalmente menos efectos pro-inflamatorios
que las partículas virales. De hecho, estas nanopartículas sintéticas de PLGA-PEG son
aceptadas por las autoridades reguladoras como un material seguro y están siendo utilizadas
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Terapia génica para la ataxia de Friedreich basada en la modificación de vectores virales y no virales para
como vehículos de suministro de fármacos. Sin embargo, para convertirse en eficientes
vectores de transferencia génica, estas nanopartículas deben adquirir nuevas funcionalidades.
La decoración de la superficie de estas nanopartículas sintéticas con varios péptidos que
actúen como péptidos lanzadera (BBB shuttles), HPs y CPPs, podría permitir una eficiente
distribución de las mismas dentro del sistema nervioso.
En este proyecto evaluaremos la eficiencia de la transferencia génica, la posible toxicidad y la
eficacia terapéutica de los diferentes vectores modificados (virales y no –virales) en modelos de
células humanas y en ratones.
Para alcanzar este objetivo, el proyecto reúne dos grupos de investigación que aportan
conocimientos y tecnologías complementarias. El Grupo del Dr. Diaz-Nido en el Centro de
Biología Molecular Severo Ochoa tiene experiencia en modelos experimentales y estrategias
de terapia molecular para enfermedades neurodegenerativas con un énfasis en la ataxia de
Friedreich. El Grupo del Dr. Giralt en el IRB Barcelona tiene una experiencia en el campo de la
química de péptidos y su aplicación a la biomedicina y es un referente internacional en este
campo. De gran importancia para este proyecto son sus desarrollos recientes en los péptidos
“lanzadera” y en los sistemas de administración de fármacos.
Objetivos específicos del Proyecto
Los objetivos concretos del proyecto son los siguientes:
1 -. Desarrollo de un sistema de terapia génica para la AF basado en vectores virales
modificados: Desarrollar vectores virales que en su interior transporten el DNA que codifica la
frataxina y que gracias a la decoración con péptidos de su envoltura lipídica externa puedan
cruzar la barrera hematoencefálica, así como presentar cierta especificidad por las células
afectadas.
2 -. Desarrollo de un sistema no-viral para la terapia génica de la AF basado en las
nanopartículas sintéticas de PLGA-PEG (recubiertas de péptidos funcionales) que en su interior
transporten el DNA que codifica la frataxina y que gracias a la decoración con péptidos de su
superficie puedan cruzar la barrera hematoencefálica y las membranas celulares, así como
presentar cierta especificidad por las células afectadas.
3 -. Examen biológico y comparación de la eficiencia de los diferentes vectores virales y
no-virales en modelos celulares y de ratón.
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