Nous décrivons ici la livraison des micro-ARN, à l’aide d’un sérotype de virus adeno-associé recombinant 9 dans un modèle murin d’une maladie neuromusculaire. Une seule administration périphérique chez les souris a entraîné surexpression de miRNA soutenue dans les muscles et les neurones moteurs, fournissant l’occasion de l’étude miRNA fonction et thérapeutiques potentiels in vivo.
L’interférence ARN via la voie endogène miRNA régule l’expression des gènes en contrôlant la synthèse des protéines par le biais de post-transcriptional gene silencing. Ces dernières années, la régulation des gènes miRNA-mediated a montré potentielle pour le traitement des troubles neurologiques causés par un gain toxique du mécanisme de la fonction. Toutefois, la prestation efficiente aux tissus cibles a limité sa demande. Ici nous avons utilisé un modèle de souris transgéniques pour l’atrophie musculaire spinale et bulbaire (SBMA), une maladie neuromusculaire causée par une expansion de polyglutamine dans le récepteur des androgènes (AR), afin de tester le silençage génique par un nouveau identifié AR-ciblage miRNA, miR-298. Nous avons surexprimé miR-298 utilisant un vecteur de sérotype 9 de recombinant virus adeno-associé (rAAV) pour faciliter la transduction des cellules non-divisant. Une seule injection de queue veineuse chez la souris SBMA induit soutenue et généralisée de la surexpression de la miR-298 dans le muscle squelettique et les neurones moteurs et a abouti à une amélioration du phénotype neuromusculaire chez les souris.
MiARN est non codantes RNAs, 21-23 nucléotides de long, qui jouent un rôle important dans la régulation de l’expression génique et contrôle des diverses voies métaboliques et cellulaires. 1 l’expression des gènes est principalement régie en induisant la dégradation de le post-transcriptional gene silencing ou ARNm. 2 miARN est généralement complémentaires pour la région 3′ non traduite (UTR) du codage de gènes, bien que la liaison à la 5′ UTR et codage des régions de l’objectif qu’a également décrit des ARNm. 3
Que se développe la compréhension actuelle du rôle des miRNA dans la pathogenèse des maladies humaines, modulation pharmacologique des miARN individuels ou familles de miARN est de plus en plus une option thérapeutique viable. Par rapport à d’autres stratégies de l’inhibition du RNA, miRNAs présentent de nombreux avantages : miARN sont moins toxiques et moins immunogènes et facilement exploitables dans les cellules à cause de leur petite taille. 4 , 5 , 6 miARN ont généralement plusieurs cibles dans les réseaux cellulaires, donc les effets potentiels hors cible et les problèmes de sécurité doivent être prises en compte, ainsi que de l’efficience aux tissus cibles.
Maladies neuromusculaires sont acquis ou hérités des conditions qui affectent les muscles et neurones moteurs. Le ciblage des médicaments dans le muscle squelettique est un domaine émergent de la recherche, où le principal défi est d’atteindre une large diffusion au sein de la fenêtre thérapeutique. 7 les neurones moteurs sont plus difficiles à cibler, principalement parce que l’accès aux médicaments est exclue par la barrière hémato-encéphalique.
Modèles cellulaires de la culture et de la souris de l’atrophie musculaire spinale et bulbaire (SBMA) ont été utilisées dans cette étude. SBMA est une maladie neuromusculaire causée par un gain toxique du mécanisme de la fonction, dans laquelle les muscles et neurones moteurs sont touchés. 8 , 9 SBMA (maladie de Kennedy ; OMIM #313200) est une maladie liée à le X, caractérisée par une faiblesse musculaire et une atrophie, causée par une expansion CAG répétition du gène AR, qui encode un tract polyglutamine étendu dans la protéine de l’AR . 10 aucun traitement modificateur de la maladie n’est actuellement disponible pour ce trouble. Le modèle de souris transgénique utilisé dans cette étude récapitule les caractéristiques de la maladie, y compris la spécificité des sexes, motoneurone pathologie et l’atrophie musculaire progressive. 11
Dans cette étude, nos efforts axés sur l’identification d’un miRNA entraîne directement des expression du transgène AR mutant et sur la conception d’un mode efficace et sécuritaire de la livraison de la miRNA à la moelle épinière et les muscles squelettiques de notre modèle de souris de la maladie.
Ici, nous avons identifié un miRNA relativement indéterminé, miRNA-298 (numéro MIMAT0004901),12 pour réduire directement mutante expression AR dans les modèles SBMA. Afin de réaliser la prestation de miR-298 aux tissus cibles, nous avons utilisé une stratégie virale, par sérotype de virus adeno-associé recombinant 9 (rAAV9). rAAV9 est capable de traverser la barrière hémato-encéphalique et de médiation de l’expression génique à long terme dans les cellules non-Division, dont les neurones. 13 une seule administration systémique de AAV9-miR-298 a entraîné une expression durable de la miRNA, transduction efficace du muscle et des neurones moteurs, down-régulation de l’expression de l’AR et amélioration du phénotype de la maladie chez les souris SBMA. 14 cette méthodologie peut être utilisée pour fournir miRNA ou antagomirs surexpression in vivo.
Nous démontrons une méthodologie très efficace et accessible pour les sélectionner et livrer par injection de queue un miRNA utiliser rAAV9 comme un vecteur viral pour cibler les muscles squelettiques et les neurones moteurs chez la souris. 14 par rapport à d’autres stratégies d’Arni, miARN est moins toxiques et moins immunogènes. 18 en outre, leur petite taille les rendent bien adapté à la capacité limitée d’emballage de vecteurs viraux. 2 algorithmes de calcul et les outils de prédiction permettent l’identification de miRNA putatif-ARNm cibles. Une fois identifiés, les effets de miRNA sur l’expression des gènes cible doivent être vérifiées. Une approche courante consiste à surexpriment un miRNA donné in vitro et de détecter les niveaux d’expression de protéine cible en utilisant l’analyse de l’Ouest. 14 , 19
Diverses études ont utilisé les stratégies virus et non viraux pour livrer des miARN. 13 ici nous avons utilisé des adeno-associated virus (AAV) comme un outil de livraison de gène. Par rapport aux autres vecteurs viraux, AAV suscite faible immunogénicité, permet un transfert de gènes à long terme, et a un large spectre de tropisme en divisant et non de Division des cellules. 18 cette méthode de livraison peut également contourner la nécessité d’une modification chimique qui peut-être affecter la fonctionnalité et la spécificité de la molécule d’ARN. Il y a plusieurs sérotypes d’AAV, qui sont principalement déterminés par la composition des protéines de capside. Ces sérotypes diffèrent dans leur tropisme et transmettre divers types de cellules. Il est nécessaire de sélectionner le sérotype correct si l’on considère le tissu cible. Nous avons choisi rAAV9, en raison de son efficacité de transduction élevé dans le système nerveux central et le muscle squelettique après administration périphérique19,20. Cette approche a montré une plus grande efficacité de transduction chez les animaux nouveau-nés par rapport à des animaux adultes, probablement en raison de différences dans la composition de la matrice extracellulaire, le neurone-glie au rapport et maturité de la barrière hémato-encéphalique. 21 , 22
Une étape importante dans le présent protocole est la conception du vecteur d’expression. Par rapport aux vecteurs bicistronique, qui sont gênés par la plus faible expression du gène deuxième comparé avec le premier gène à côté du promoteur, le vecteur dual promoteur permet une configuration dos à dos, donnant une expression élevée de la miRNA et EGFP, ainsi permettant la localisation de la miRNA dans les tissus de souris par immunofluorescence.
Une injection intraveineuse de AAV9 conduit à haut rendement et transduction homogène dans les tissus cibles, les muscles squelettiques et les neurones moteurs. Cette voie d’injection permet à la dose administrée d’atteindre la circulation systémique et franchir la barrière sang cerveau, qui est importante pour les thérapies ciblant le système nerveux central. En outre, c’est une méthode non invasive pour injection dans le SNC. MiR-298 expression augmentée dans la moelle épinière et les muscles après 2 à 4 semaines avec une seule injection périphérique à 5 semaines d’âge. Quand à l’aide des vecteurs d’AAV, la synthèse de novo du second brin d’ADN simple brin du génome pourrait expliquer la transduction retardée. 23
Niveaux de miR-298 humaine étaient indétectables chez les souris traitées 20 semaines après une seule administration, ce qui suggère que, pour des maladies chroniques, injections multiples peuvent être nécessaires pour atteindre un bénéfice thérapeutique. Cependant, miRNA dégradation au fil du temps peut être limitant lorsqu’une administration répétée tout au long est requise. En outre, l’immunité adaptative à des vecteurs d’AAV peut former un autre obstacle à une livraison réussie de gène. 24 ainsi génération des vecteurs d’AAV qui sont immunologiquement inerte est cruciale pour l’administration répétée et la réalisation des effets à long terme avec ce système de livraison prometteur. 25
Une limitation de l’utilisation des miARN comme une stratégie thérapeutique est le risque d’effets hors cible. MiARN peut-être interagir par le biais d’incomplementary base appareillant avec autres transcriptions de gène, qui pose un risque pour la sécurité avec cette approche. Amélioré la conception des séquences Arni, y compris l’utilisation des miARN non canoniques, tels que mirtrons, qui contourner le micro-processeur complexe et des études à long terme d’innocuité et de tolérabilité sont essentiels avant de traduire cette stratégie dans un coffre-fort et traitement efficace. 26 , 27 , 28
La méthode décrite ici a été initialement développée pour l’overexpression de miRNA, mais il peut également être utilisé pour la thérapie de l’inhibition de miRNA à l’aide d’antagomirs.
The authors have nothing to disclose.
Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts. Nous remercions les laboratoires SignaGen (Rockvile, MD, USA) pour la production de virus AAV9. Cette recherche a été financée par le programme de recherche intra-muros de la NINDS, NIH. Philip R. Lee a été pris en charge par des fonds de la Division de recherche intra-muros du NICHD. Carlo Rinaldi a été soutenu par une bourse de l’Association Française contre les Myopathies (AFM).
QIAzol Lysis Reagent | Qiagen | 79306 | Lysis of fatty and standard tissues before RNA isolation |
miRNeasy Mini Kit | Qiagen | 217004 | Purification of miRNA and total RNA |
TaqMan MicroRNA Reverse Transcription kit | ThermoFisher Scientific | 4366596 | A highly specific kit that quantitates only mature miRNAs |
snoRNA202 Primer | ThermoFisher Scientific | 1232 | Taqman miRNA control assay in mouse |
miR-298 Primer | ThermoFisher Scientific | 2190 | Taqman miRNA-298 assay in mouse |
Anti-GFP antibody | abcam | ab290 | Rabbit polyclonal to GFP – ChIP Grade |
Red ink pad | Dovecraft Essentials | ||
Blue ink pad | Dovecraft Essentials | ||
AAV9-GFP vector | SignaGen Laboratories | SL100840 | Large scale AAV plasmid construction, packaging and purification |
mmu-miR-298-5p | ThermoFisher Scientific | MC12525 | mirVana miRNA mimic |
AAV9-EF1a-has-mir-298-GFP | Vector Biosystems Inc |