The liver is an attractive target organ for in vivo gene therapy since it offers the possibility to treat metabolic and coagulation disorders. We previously showed efficient gene transfer to hepatocytes of mice, dogs and non-human primates by intravenous (i.v.) delivery of lentiviral vectors (LV), achieving stable clotting factor expression in animal models of hemophilia. Here we investigated LV-based liver gene therapy in newborn and juvenile mice, towards potential application to pediatric patients. I.v. administration to mice at post-natal day 1, week 2 or week 8 (adults) of LV expressing coagulation factor IX (FIX), led to higher FIX output in young-treated mice compared to adults. We observed higher transduction of hepatocytes in young-treated mice, paralleled by a reduced vector uptake by non-parenchymal cells. Moreover, we observed preferential transduction of central area in young-treated mice and of portal area in adult-treated mice. We performed spatial transcriptomics of livers of young and adult mice and observed that in newborn mice almost all hepatocytes displayed a transcriptional profile typical of the peri-portal zone, lacking a central signature, which appeared later in time. Adult central hepatocytes showed higher expression of proteasome-related genes, a possible cell-intrinsic factor restricting LV transduction. Indeed, proteasome inhibition by bortezomib has been shown to increase LV transduction in hematopoietic stem cells. Thus, we administered bortezomib to adult mice before LV administration and observed increased and homogeneous liver transduction compared to LV-only treated mice, indicating that proteasome is a major determinant of portal transduction bias in adult mice. Overall, our results indicate that LV-based liver gene therapy is more efficient in young mice, and that age at treatment impacts on LV transduction efficiency and spatial distribution of transduced hepatocytes and transgene output.
L'età di somministrazione di vettori lentivirali influenza l'efficienza del trasferimento genico e la distribuzione del vettore nel lobulo epatico
Il fegato è un organo bersaglio interessante per la terapia genica in vivo, poiché offre la possibilità di trattare disturbi metabolici e della coagulazione. In precedenza abbiamo dimostrato l'efficacia del trasferimento genico negli epatociti di topi, cani e scimmie mediante somministrazione endovenosa di vettori lentivirali (LV), ottenendo l'espressione stabile dei fattori di coagulazione in modelli animali di emofilia. Qui abbiamo studiato la terapia genica diretta al fegato basata su LV in topi giovani, in vista di una potenziale applicazione nei pazienti pediatrici. La somministrazione per via endovenosa in topi giovani di LV che esprimono il fattore IX della coagulazione (FIX) ha portato a una maggiore produzione di FIX rispetto agli adulti. Abbiamo osservato un maggior trasferimento genico negli epatociti dei topi giovani, insieme a una ridotta intercettazione del vettore da parte delle cellule non parenchimali. Inoltre, abbiamo osservato che LV raggiunge preferenzialmente l'area centrale del lobulo epatico nei topi giovani, e quella portale nei topi adulti. Tramite analisi di trascrittomica spaziale di fegati di topi giovani e adulti abbiamo osservato che nei topi giovani quasi tutti gli epatociti mostrano le caratteristiche delle cellule dell'area portale, e mancano quelle con le caratteristiche dell'area centrale, che appare più tardi nel tempo. Gli epatociti centrali adulti mostrano una maggiore espressione di geni legati al proteasoma, un possibile fattore intrinseco alla cellula che limita il trasferimento genico di LV. In effetti, è stato dimostrato che l'inibizione farmacologica del proteasoma mediante bortezomib aumenta il trasferimento genico nelle cellule staminali ematopoietiche. Pertanto, abbiamo somministrato bortezomib a topi adulti prima della somministrazione di LV e abbiamo osservato un trasferimento genico maggiore e più omogeneo rispetto ai topi trattati solo con LV, indicando che il proteasoma è uno dei fattori principali che determinano un trasferimento genico non omogenea nel lobulo epatico dei topi adulti. Nel complesso, i nostri risultati indicano che la terapia genica diretta al fegato basata su LV è più efficiente nei topi giovani e che l'età al momento del trattamento influisce sull'efficienza del trasferimento genico da parte di LV, sulla distribuzione spaziale degli epatociti trasdotti e sul livello di secrezione di proteina.
Malattie genetiche del fegato