Gene therapy in neuromuscular disorders / Terapia gênica nas doenças neuromusculares

Abstract Monogenic neuromuscular disorders are potentially treatable through gene therapy. Using viral vectors, a therapeutic transgene aims to restore normal levels of a protein not produced by the defective gene, or to silence a gene whose expression leads to toxic effects. Spinal Muscular Atrophy (SMA) is a good example of a monogenic disease that currently has an AAV9-based vector gene therapy as a therapeutic option. In this review, we intend to discuss the viral vectors and their mechanisms of action, in addition to reviewing the clinical trials that supported the approval of gene therapy (AVXS-101) for SMA as well as neuromuscular diseases that are potentially treatable with gene replacement therapy.

Resumo Doenças neuromusculares monogênicas são potencialmente tratáveis através de terapia gênica. Utilizando-se de vetores virais, um transgene terapêutico objetiva repor os níveis normais de uma proteina não produzida pelo gene defeituoso ou silenciar um gene cuja expressão leva a efeitos tóxicos. A Atrofia Muscular Espinhal (AME) é um bom exemplo de doença monogenica que atualmente tem uma terapia gênica com vetor viral AAV9 como opção terapêutica. Nesta revisão, pretendemos discutir os vetores virais e macanismos de ação utilizados, além de revisar os ensaios clínicos que embasaram a aprovação da terapia gênica (AVXS-101) para AME, assim como doenças neuromusculares potencialmente tratáveis com terapia de reposição gênica.

Gene therapy: advances, challenges and perspectives / Terapia gênica: avanços, desafios e perspectivas

ABSTRACT The ability to make site-specific modifications to the human genome has been an objective in medicine since the recognition of the gene as the basic unit of heredity. Thus, gene therapy is understood as the ability of genetic improvement through the correction of altered (mutated) genes or site-specific modifications that target therapeutic treatment. This therapy became possible through the advances of genetics and bioengineering that enabled manipulating vectors for delivery of extrachromosomal material to target cells. One of the main focuses of this technique is the optimization of delivery vehicles (vectors) that are mostly plasmids, nanostructured or viruses. The viruses are more often investigated due to their excellence of invading cells and inserting their genetic material. However, there is great concern regarding exacerbated immune responses and genome manipulation, especially in germ line cells. In vivo studies in in somatic cell showed satisfactory results with approved protocols in clinical trials. These trials have been conducted in the United States, Europe, Australia and China. Recent biotechnological advances, such as induced pluripotent stem cells in patients with liver diseases, chimeric antigen receptor T-cell immunotherapy, and genomic editing by CRISPR/Cas9, are addressed in this review.

RESUMO A habilidade de fazer modificações pontuais no genoma humano tem sido o objetivo da medicina desde o conhecimento do DNA como unidade básica da hereditariedade. Entende-se terapia gênica como a capacidade do melhoramento genético por meio da correção de genes alterados (mutados) ou modificações sítio-específicas, que tenham como alvo o tratamento terapêutico. Este tipo de procedimento tornou-se possível por conta dos avanços da genética e da bioengenharia, que permitiram a manipulação de vetores para a entrega do material extracromossomal em células-alvo. Um dos principais focos desta técnica é a otimização dos veículos de entrega (vetores) que, em sua maioria, são plasmídeos, nanoestruturados ou vírus − sendo estes últimos os mais estudados, devido à sua excelência em invadir as células e inserir seu material genético. No entanto, existe grande preocupação referente às respostas imunes exacerbadas e à manipulação do genoma, principalmente em linhagens germinativas. Estudos em células somáticas in vivo apresentaram resultados satisfatórios, e já existem protocolos aprovados para uso clínico. Os principais trials têm sido conduzidos nos Estados Unidos, Europa, Austrália e China. Recentes avanços biotecnológicos empregados para o aprimoramento da terapia gênica, como células-tronco pluripotentes induzidas em pacientes portadores de doenças hepáticas, imunoterapia com células T do receptor do antígeno quimera e edição genômica pelos sistema CRISPR/Cas9, são abordados nesta revisão.

Terapia gênica para osteoporose / Gene therapy for osteoporosis

A osteoporose é considerada um dos problemas de saúde mais comuns e sérios da população idosa mundial. É uma doença crônica e progressiva, caracterizada pela diminuição da massa óssea e deterioração da microarquitetura do tecido ósseo. A terapia gênica representa uma nova abordagem para o tratamento da osteoporose e tem como princípio devolver a função comprometida pelo metabolismo. Esta revisão visa focar os trabalhos relevantes desenvolvidos nos últimos anos, disponibilizados nas bases de dados médicas, e que utilizaram a terapia gênica para o tratamento da osteoporose em modelos animais, bem como, as perspectivas futuras desta terapia. A maioria dos estudos utiliza os genes BMPs, PTH e OPG na tentativa de restabelecer a massa óssea. Apesar da carência de novas moléculas, todos os genes empregados nos estudos se mostraram eficientes no tratamento da doença. Os benefícios que a terapia gênica proporcionará aos pacientes no futuro devem contribuir substancialmente para o aumento na qualidade de vida dos idosos. Em breve, protocolos clínicos envolvendo humanos irão beneficiar os indivíduos com osteoporose.

Osteoporosis is considered one of the most common and serious problems affecting the elderly population worldwide. It is a chronic and progressive disease, characterized by decreased bone mass and degeneration of the microarchitecture of the bone tissue. Gene therapy represents a new approach in osteoporosis treatment, and its main function is to restore the compromised function in the metabolism. This review aims to elucidate the main studies on gene therapy in recent years, in the medical databases, that use gene therapy for the treatment of osteoporosis in animal models, as well as the future prospects of this therapy. The majority of the studies use the BMP, PTH and OPG genes, in an attempt to reestablish bone mass. Despite the lack of new molecules, all genes employed in these studies have proven to be efficient in the treatment of the disease. The benefits that gene therapy will provide for patients in the future should contribute substantially to increasing the quality of life for the elderly. Soon, clinical trials involving humans will benefit individuals with osteoporosis.

Terapia gênica em distrofias hereditárias de retina / Gene therapy for inherited retinal dystrophies

As distrofias hereditárias de retina abrangem um amplo número de doenças caracterizadas por lenta e progressiva degeneração da retina. São o resultado de mutações em genes expressos em fotorreceptores e no epitélio pigmentado da retina. A herança pode ser autossômica dominante, autossômica recessiva, ligada ao X recessiva, digênica ou herança mitocondrial. Atualmente não há tratamento para essas doenças e os pacientes convivem com a perda progressiva da visão. O aconselhamento genético e o suporte para reabilitação têm indicação nestes casos. Pesquisas envolvendo a base molecular e genética dessas doenças está continuamente em expansão e ampliam as perspectivas para novas formas de tratamento. Dessa forma, a terapia gênica, que consiste na inserção de material genético exógeno em células de um indivíduo com finalidade terapêutica, tem sido a principal forma de tratamento para as distrofias hereditárias de retina. O olho é um órgão peculiar para a terapia gênica, pois é anatomicamente dividido em compartimentos, imunologicamente privilegiado e com meios transparentes. A maioria das doenças oculares tem defeitos em genes conhecidos. Além disso, há modelo animal bem caracterizado para algumas condições. Propostas para pesquisa clínica em terapia gênica nas degenerações retinianas hereditárias com defeito no gene RPE65, recentemente tiveram aprovação ética e os resultados preliminares obtidos trouxeram grandes expectativas na melhora da qualidade de vida dos pacientes.

The inherited retinal dystrophies comprise a large number of disorders characterized by a slow and progressive retinal degeneration. They are the result of mutations in genes that express in either the photoreceptor cells or the retinal pigment epithelium. The mode of inheritance can be autosomal dominant, autosomal recessive, X linked recessive, digenic or mitochondrial DNA inherited. At the moment, there is no treatment for these conditions and the patients can expect a progressive loss of vision. Accurate genetic counseling and support for rehabilitation are indicated. Research into the molecular and genetic basis of disease is continually expanding and improving the prospects for rational treatments. In this way, gene therapy, defined as the introduction of exogenous genetic material into human cells for therapeutic purposes, may ultimately offer the greatest treatment for the inherited retinal dystrophies. The eye is an attractive target for gene therapy because of its accessibility, immune privilege and translucent media. A number of retinal diseases affecting the eye have known gene defects. Besides, there is a well characterized animal model for many of these conditions. Proposals for clinical trials of gene therapy for inherited retinal degenerations owing to defects in the gene RPE65, have recently received ethical approval and the obtained preliminary results brought large prospects in the improvement on patient's quality of life.