mRNA-Gentherapie in der Mauslunge untersucht

Michael S D Kormann,^{1, 3} Günther Hasenpusch,¹ Manish K Aneja,¹ Gabriela Nica,¹ Andreas W Flemmer,² Susanne Herber-Jonat,² Marceline Huppmann,² Lauren E Mays,³ Marta Illenyi,¹ Andrea Schams,¹ Matthias Griese,¹ Iris Bittmann,⁴ Rupert Handgretinger,³ Dominik Hartl,³ Joseph Rosenecker¹ & Carsten Rudolph¹ .  

^{1) Department of Pediatrics, Ludwig Maximilian's University Munich, Munich, Germany.}

^{2) Division of Neonatology, Children's Hospital and Perinatal Center, Grosshadern, Ludwig Maximilian's University Munich, Munich, Germany.}

^{3) Children's Hospital and Interdisciplinary Center for Infectious Diseases, University of Tübingen, Tübingen, Germany.}

^{4) Institute for Pathology, Diakonien Hospital Rotenburg (Wümme) LTD, Rotenburg (Wümme), Germany.}

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Current viral vectors for gene therapy are associated with serious safety concerns, including leukemogenesis, and nonviral vectors are limited by low gene transfer efficiency. Here we investigate the therapeutic utility of chemically modified mRNA as an alternative to DNA-based gene therapy. A combination of nucleotide modifications abrogates mRNA interaction with Toll-like receptor (TLR)3, TLR7, TLR8 and retinoid-inducible gene I (RIG-I), resulting in low immunogenicity and higher stability in mice. A single intramuscular injection of modified murine erythropoietin mRNA raises the average hematocrit in mice from 51.5% to 64.2% after 28 days. In a mouse model of a lethal congenital lung disease caused by a lack of surfactant protein B (SP-B), twice weekly local application of an aerosol of modified SP-B mRNA to the lung restored 71% of the wild-type SP-B expression, and treated mice survived until the predetermined end of the study after 28 days.

Die Behandlung von Erkrankungen, die durch unzureichend exprimierte oder defekte Proteine verursacht werden, kann entweder durch Verabreichung des funktionell aktiven Proteins oder seiner genetisch codierten Vorläufer, dem entsprechenden Gen (DNA) oder dessen Transkript (mRNA) erfolgen.Um mRNA als "shuttle" für therapeutische Transkripte zutzen zu können, muss diese allerdings in ihrer Nukleotidstruktur modifiziert werden, um die nötige Stabilität zu erreichen und die Gefahr von ungewollten Immunreaktionen zu vermeiden. Durch gezielte Nukleotid-Modifikationen und der Nachahmung endogener mRNA konnten diese gewünschten Eigenschaften erreicht werden (Patente DE 10 2009 035 507.3; DE 10 2009 050 308.0; PCT/EP 2010/004681). Die Veröffentlichung von Kormann et al.in Nature Biotechnology zeigt, dass a) die intramuskuläre Anwendung von modifizierter Erythropoietin mRNA bei Mäusen zu einer Erhöhung der Hämatokrit-Werte und b) die intratracheale Applikation von modifizierter Surfactant Protein B (SP-B) mRNA in einem transgenen Mausmodell zu therapeutisch ausreichender SP-B Expression und dem Überleben der Mäuse führte. Humane SP-B Defizienz ist eine seltene, erbliche Erkrankung, die bei Neugeborenen bereits im ersten Lebensjahr zu Atemstillstand und Tod führt, und für die es derzeit keine therapeutische Option außer Lungentransplantation gibt. Die Krankheit kann mit Hilfe eines transgenen SP-B knock-out Mausmodell simuliert werden, in welchem die SP-B Expression abhängig von der Gabe von Doxycylin ist. Wird das Doxycyclin im Trinkwasser abgesetzt, stellen die Mauslungen die SP-B Expression ein, die Mäuse entwickeln die für den Menschen typische Lungensymptomatik und sterben innerhalb von fünf Tagen an Atemstillstand. Die zweimalige Applikation von intratracheal versprühter, modifizierter SP-B mRNA führte zu ausreichender SP-B Expression in der Mauslunge, schützte die Mäuse vor Atemstillstand und sicherte eine gesunde Lungenhistologie über den Behandlungszeitraum von vier Wochen.

Diese Studie zeigt das faszinierende Potential der Transkripttherapie für die Behandlung von vererbten Erkrankungen der Lunge, für die bis jetzt keine anderen Therapieverfahren zur Verfügung stehen. Mit Hilfe der mRNA Therapie lässt sich eine feine abgestufte, endogene Proteinexpression erreichen, bei gleichzeitig minimaler Immunaktivierung und Vermeidung der Gefahr von Insertionsmutagenesen.

Beide Bilder in voller Größe (PDF, ca. 1,6 MB)

Dr. rer. nat. Michael Kormann

AG Gentherapie

Universitätsklinik für Kinder- und Jugendmedizin I (Prof. Handgretinger)

Sektion für Pädiatrische Infectiologie und Immunologie (Prof. Hartl)

Wilhelmstrasse 31

72074 Tübingen

Tel. 07071/29-8 43 05

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