臨床応用可能なレンチウイルスベクターを用いた造血幹細胞を標的とした新生児遺伝子治療により、マウスの骨軟化症が改善される

Hematopoietic Stem Cell-Targeted Neonatal Gene Therapy with a Clinically Applicable Lentiviral Vector Corrects Osteopetrosis in Mice.

• Henrik Löfvall
• Michael Rothe
• Axel Schambach
• Kim Henriksen
• Johan Richter
• Ilana Moscatelli

抄録

乳児悪性骨軟化症（IMO）は、非機能性破骨細胞によって特徴づけられる常染色体劣性疾患である。患者の約50％は破骨細胞プロトンポンプのサブユニットをコードする遺伝子に変異がある。遺伝子治療は、IMOに対する同種幹細胞移植に代わる治療法として期待されている。マウスは、遺伝子の1,500bp欠失、重度の骨粗鬆症、わずか3週間の寿命を特徴とするIMOモデルである。ここでは、哺乳類プロモーター伸長因子1αショート（EFS-hT）の下にヒトの野生型を発現するレンチウイルスベクターを用いた臨床応用可能な造血幹細胞標的遺伝子治療により、マウスの骨粗鬆症表現型を反転させることができることを示している。12匹中9匹のマウスが長期生存（19～25週）したが、マウスの特徴である歯の萌出は認められなかった。脾臓細胞を移植後19〜25週目に採取し、骨吸収を評価するために骨スライス上で破骨細胞に分化させ、TCIRG1タンパク質発現を評価するためにプラスチック上で破骨細胞に分化させた。ベクターで補正した破骨細胞は、ウェスタンブロットによりヒトTCIRG1の発現を示した。CTX-Iの放出は、破骨細胞が媒介するものと比較して8-239倍に増加した。移植マウス7/9生存マウス由来の破骨細胞には骨切片上に吸収孔が認められた。生き残った動物の骨の組織病理学的検査では、様々な程度の修復された表現型が観察されたが、大部分はほぼ完全に修復されていた。骨髄内の細胞あたりの平均ベクターコピー数は1.8±0.5であった。全体では、移植マウスの75％が長期生存率を示し、骨軟化性骨表現型の顕著な逆転を示した。これらの知見は、IMOに対する遺伝子治療の臨床応用に向けた重要な一歩である。

Infantile malignant osteopetrosis (IMO) is an autosomal recessive disorder characterized by nonfunctional osteoclasts. Approximately 50% of the patients have mutations in the gene, encoding for a subunit of the osteoclast proton pump. Gene therapy represents a potential alternative treatment to allogeneic stem cell transplantation for IMO. The mouse is a model of IMO characterized by a 1,500 bp deletion in the gene, severe osteopetrosis, and a life span of only 3 weeks. Here we show that the osteopetrotic phenotype in mice can be reversed by hematopoietic stem cell-targeted gene therapy with a clinically applicable lentiviral vector expressing a wild-type form of human under the mammalian promoter elongation factor 1α short (EFS-hT). c-kit fetal liver cells transduced with EFS-hT were transplanted into sublethally irradiated mice by temporal vein injection 1 day after birth. A total of 9 of 12 mice survived long term (19-25 weeks) with evidence of tooth eruption, uncharacteristic of mice. Splenocytes were harvested 19-25 weeks after transplantation and differentiated into osteoclasts on bone slices to assess resorption and on plastic to assess TCIRG1 protein expression. Vector-corrected osteoclasts showed human TCIRG1 expression by Western blot. CTX-I release relative to that mediated by -derived osteoclasts increased 8-239-fold. Resorption pits on bone slices were observed for osteoclasts derived from 7/9 surviving transplanted mice. Histopathology of the bones of surviving animals showed varying degrees of rescued phenotype, the majority with almost full correction. The average vector copy number per cell in the bone marrow was 1.8 ± 0.5. Overall, 75% of transplanted mice exhibited long-term survival and marked reversal of the osteopetrotic bone phenotype. These findings represent a significant step toward the clinical application of gene therapy for IMO.