Enzyme replacement therapy (ERT) is the main treatment for several Lysosomal Storage Disorders (LSDs). Nevertheless, immune responses directed towards recombinant enzymes induce severe adverse inflammatory events in some patients and may limit the efficacy of the therapy. Active induction of immune tolerance is an encouraging strategy to limit unwanted immune responses and foster the efficacy of protein replacement therapy. Tolerogenic dendritic cell (tolDC)-based therapy represents a promising approach to control immune responses and promote tolerance. In the recent years, we have developed IL-10-based protocols to generate in vitro tolDCs and shown their efficacy in modulating antigen-specific T cell responses in vitro and in vivo. With the aim of developing engineered tolDC as specific adjuvant immunotherapy for ERT-treated patients to foster enzyme-specific tolerance in LSDs we are currently assessing the immune responses to the missing enzyme in ERT-treated LSD patients; and developing novel tolDC-based therapy to modulate unwanted immune responses to ERT in LSDs. Analysis of the plasma of ERT-treated pts revealed an increased levels of pro-inflammatory cytokines and chemokines compared to healthy subjects. In line with this, we observed the upregulation of the expression of activation markers on the myeloid cells and on CD8+ T cells . Despite the activated phenotype, pts-derived CD14+ cells differentiated in functional tolDC that express markers associated with IL-10 induced DC, modulate allogenic CD4+ T cell proliferation and promote Tr1 cells at comparable levels to that of tolDC generated from healthy donors. These data suggest that approaches to differentiate IL-10-producing DC in ERT-treated patients are feasible. As first step to generate Ag-specific tolDC in LSD patients, we performed an in silico prediction to identify the most immunogenic regions of GALNS (MPSVIa) and GAA (Pompe disease) enzymes, using the immune epitope database (IEDB) resource. We selected some protein fragment for GALSN and for GAA as regions comprising multiple predicted immunogenic epitopes. In vitro testing and validation of the selected region are ongoing. In parallel, to validate the Ag-specific tolDC approach in pre-clinical models of LSDs we are using the α-L-iduronidase (IDUA) deficiency model (MPS-I model). We selected the IDUA sequence comprising immunodominant T cell epitopes, and its sequence has been included in lentiviral vector construct co-encoding for human IL-10 to engineer tolDC, which will be tested in vivo to control ERT-induced immune response. The overall goal of the project is to find novel and efficient antigen-specific tolerogenic strategies to circumvent adverse immune responses induced by ERT. Results will open the development of tolerogenic therapy that could be used as adjuvant treatments to efficiently circumvent immune response in protein replacement approaches and gene therapy.

La presenza di uno stato infiammatorio nei pazienti con LSD non impedisce l'induzione di cellule tollerogeniche per prevenire risposte avverse all terapia enzimatica sostitutiva. La terapia enzimatica sostitutiva (ERT) è il trattamento principale per diversi disturbi da accumulo lisosomiale (LSD). Tuttavia, le risposte immunitarie dirette verso gli enzimi ricombinanti inducono, in alcuni pazienti, gravi eventi infiammatori avversi che possono limitare l'efficacia della terapia. L'induzione attiva di tolleranza immunitaria è una strategia incoraggiante per limitare le risposte immunitarie indesiderate e favorire l'efficacia della ERT. La terapia cellulare basate sull'uso di cellule dendritiche tolerogeniche (tolDC) rappresenta un approccio promettente per controllare le risposte immunitarie e promuovere la tolleranza . Negli ultimi anni, abbiamo sviluppato protocolli basati su IL-10 per generare tolDC in vitro e dimostrato la loro efficacia nel modulare le risposte delle cellule T antigene-specifiche in vitro e in vivo. Con l'obiettivo di sviluppare tolDC ingegnerizzate come immunoterapia adiuvante per i pazienti trattati con ERT al fine di favorire la tolleranza immunologica specifica verso enzimi specifici delle diverse LSD, stiamo attualmente studiando le risposte immunitarie verso l'enzima mancante nei pazienti con LSD trattati con ERT; e sviluppando una nuova terapia basata su tolDC. L'analisi del plasma dei pazienti trattati con ERT ha rivelato un aumento dei livelli di citochine pro-infiammatorie rispetto ai soggetti sani, e la up-regolazione dell'espressione dei marcatori di attivazione sulle cellule mieloidi e sulle cellule T. Nonostante questo, monociti di pazienti con LSD si differenziano in tolDC funzionali, modulano la proliferazione delle cellule T e promuovono le cellule Tr1. Questi dati suggeriscono che gli approcci per differenziare le DC produttrici di IL-10 nei pazienti trattati con ERT sono fattibili. Per generare tolDC enzima-specifiche nei pazienti con LSD, abbiamo identificato le regioni più immunogeniche degli enzimi GALNS (MPSVIa) e GAA (malattia di Pompe) mediante una predizione in silico. Sono in corso i test in vitro per la validazione degli epotipi identificati. Per convalidare l'approccio tolDC specifico per ERT nei modelli preclinici di LSD, stiamo utilizzando il modello di deficit di α-L-iduronidasi (IDUA). Abbiamo selezionato la sequenza IDUA immunodominante e abbiamo generato un vettore lentivirale codificante per IL-10 e tale epitopo per ingegnerizzare tolDC, che saranno testato in vivo. L'obiettivo generale del progetto è trovare nuove ed efficaci strategie tollerogeniche antigene-specifiche per modulare le risposte immunitarie avverse indotte dall'ERT. I risultati apriranno lo sviluppo della terapia tollerogenica che potrebbe essere utilizzata come trattamento adiuvante per aggirare efficacemente la risposta immunitaria negli approcci di sostituzione proteica e nella terapia genica.

Mucopolysaccharidosis, Pompe Disease

Mucopolisaccaridosi, Malattia di Pompe