Administration of helper-dependent adenoviral vectors and sequential delivery of different vector serotype for long-term liver-directed gene transfer in baboons

The efficiency of first-generation adenoviral vectors as gene delivery tools is often limited by the short duration of transgene expression, which can be related to immune responses and to toxic effects of viral proteins. In addition, readministration is usually ineffective unless the animals are immunocompromised or a different adenovirus serotype is used. Recently, adenoviral vectors devoid of all viral coding sequences (helper-dependent or gutless vectors) have been developed to avoid expression of viral proteins. In mice, liver-directed gene transfer with AdSTK109, a helper-dependent adenoviral (Ad) vector containing the human α1-antitrypsin (hAAT) gene, resulted in sustained expression for longer than 10 months with negligible toxicity to the liver. In the present report, we have examined the duration of expression of AdSTK109 in the liver of baboons and compared it to first-generation vectors expressing hAAT. Transgene expression was limited to approximately 3–5 months with the first-generation vectors. In contrast, administration of AdSTK109 resulted in transgene expression for longer than a year in two of three baboons. We have also investigated the feasibility of circumventing the humoral response to the virus by sequential administration of vectors of different serotypes. We found that the ineffectiveness of readministration due to the humoral response to an Ad5 first-generation vector was overcome by use of an Ad2-based vector expressing hAAT. These data suggest that long-term expression of transgenes should be possible by combining the reduced immunogenicity and toxicity of helper-dependent vectors with sequential delivery of vectors of different serotypes.

An improved helper-dependent adenoviral vector allows persistent gene expression after intramuscular delivery and overcomes preexisting immunity to adenovirus

Helper-dependent adenoviral vectors deleted of all viral coding sequences have shown an excellent gene expression profile in a variety of animal models, as well as a reduced toxicity after systemic delivery. What is still unclear is whether long-term expression and therapeutic dosages of these vectors can be obtained also in the presence of a preexisting immunity to adenovirus, a condition found in a high proportion of the adult human population. In this study we performed intramuscular delivery of helper-dependent vectors carrying mouse erythropoietin as a marker transgene. We found that low doses of helper-dependent adenoviral vectors can direct long-lasting gene expression in the muscles of fully immunocompetent mice. The best performance—i.e., 100% of treated animals showing sustained expression after 4 months—was achieved with the latest generation helper-dependent backbones, which replicate and package at high efficiency during vector propagation. Moreover, efficient and prolonged transgene expression after intramuscular injection was observed with limited vector load also in animals previously immunized against the same adenovirus serotype. These data suggest that human gene therapy by intramuscular delivery of helper-dependent adenoviral vectors is feasible.

Optimisation du vecteur adénoviral pour la thérapie génique de la dystrophie musculaire de Duchenne

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie très sévère, progressive et sans traitement vraiment efficace. Elle est caractérisée par l’absence fonctionnelle de la dystrophine, une protéine essentielle au maintien des muscles squelettiques. La thérapie génique est actuellement envisagée comme approche thérapeutique pour livrer la dystrophine dans les muscles. Les vecteurs adénoviraux de troisième génération (Helper-dependent adenoviral vector, HD) sont des véhicules de transfert génique très prometteurs pour traiter la DMD. Puisque les gènes adénoviraux ont été enlevés complètement du HD, ils sont peu toxiques, faiblement immunogéniques et ils possèdent un espace cargo suffisant pour transporter l’ADN codant complet de la dystrophine. Bien que le HD puisse fournir la dystrophine de façon thérapeutique chez des souris dystrophiques (mdx), l’expression du gène thérapeutique est progressivement perdue plusieurs mois suivant l’injection intramusculaire. Deux stratégies innovantes furent explorées dans cette thèse dans le but de stabiliser l’expression de la dystrophine. La première stratégie vise à l’intégration de l’ADN du HD dans les chromosomes cellulaires, ce qui pourrait le protéger contre son élimination progressive des muscles. Une intégrase site-spécifique issue du phage ΦC31 a été utilisée pour catalyser l’intégration d’un HD transportant un marqueur de sélection. Dans les cellules humaines et les myoblastes murins, l’activité de l’intégrase a été évaluée d’après son efficacité d’intégration (après sélection) et sa spécificité (dans les clones résistants). L’efficacité atteint jusqu’à 0,5 % par cellule et jusqu’à 76 % des événements d’intégration ont été réalisés de façon site-spécifique. Bien que des délétions aient été trouvées aux extrémités du vecteur, 70 % des clones analysés montraient une seule copie du vecteur intégré (le nombre attendu). Seulement une petite augmentation du nombre de brisures double-brin a été mesurée dans les myoblastes exprimant l’intégrase. En conclusion, l’intégration du HD est relativement efficace, spécifique et sécuritaire. Cette méthode est très prometteuse, car la dystrophine peut être livrée dans le muscle avec l’aide du HD et l’intégration de l’ADN du HD pourrait stabiliser son expression in vivo. La deuxième stratégie implique l’utilisation d’un nouveau promoteur musculospécifique (ΔUSEx3) pour réduire la toxicité induite liée à une expression trop étendue de la dystrophine. Dans cette étude, nous avons investigué l’effet du contexte viral sur l’activité du promoteur. Un HD et un vecteur lentiviral (LV) ont été construits avec le promoteur ΔUSEx3 pour contrôler l’expression d’un gène rapporteur. Les résultats démontrent que ΔUSEx3 confère une expression puissante, musculospécifique et stable (via le LV) in vitro. L’injection intramusculaire du HD a conduit à une expression puissante du transgène. Ces résultats contrastent avec ceux du LV, car après l’injection de ce dernier, l’expression était faible. La livraison du HD dans le muscle, mais aussi dans plusieurs organes démontre la musculospécificité de ΔUSEx3. Par conséquent, le contexte du vecteur et l’environnement musculaire modulent tous les deux l’activité de ΔUSEx3. Bien que ΔUSEx3 soit musculospécifique, d’autres études sont requises pour déterminer si le promoteur peut stabiliser l’expression de la dystrophine in vivo.

Rescue, propagation, and partial purification of a helper virus-dependent adenovirus vector.

Adenoviral vectors are widely used as highly efficient gene transfer vehicles in a variety of biological research strategies including human gene therapy. One of the limitations of the currently available adenoviral vector system is the presence of the majority of the viral genome in the vector, resulting in leaky expression of viral genes particularly at high multiplicity of infection and limited cloning capacity of exogenous sequences. As a first step to overcome this problem, we attempted to rescue a defective human adenovirus serotype 5 DNA, which had an essential region of the viral genome (L1, L2, VAI + II, pTP) deleted and replaced with an indicator gene. In the presence of wild-type adenovirus as a helper, this DNA was packaged and propagated as transducing viral particles. After several rounds of amplification, the titer of the recombinant virus reached at least 4 x 10(6) transducing particles per ml. The recombinant virus could be partially purified from the helper virus by CsCl equilibrium density-gradient centrifugation. The structure of the recombinant virus around the marker gene remained intact after serial propagation, while the pBR sequence inserted in the E1 region was deleted from the recombinant virus. Our results suggest that it should be possible to develop a helper-dependent adenoviral vector, which does not encode any viral proteins, as an alternative to the currently available adenoviral vector systems.

Synergism/complementarity of recombinant adenoviral vectors and other vaccination platforms during induction of protective immunity against malaria

The lack of immunogenicity of most malaria antigens and the complex immune responses required for achieving protective immunity against this infectious disease have traditionally hampered the development of an efficient human malaria vaccine. The current boom in development of recombinant viral vectors and their use in prime-boost protocols that result in enhanced immune outcomes have increased the number of malaria vaccine candidates that access pre-clinical and clinical trials. In the frontline, adenoviruses and poxviruses seem to be giving the best immunization results in experimental animals and their mutual combination, or their combination with recombinant proteins (formulated in adjuvants and given in sequence or being given as protein/virus admixtures), has been shown to reach unprecedented levels of anti-malaria immunity that predictably will be somehow reproduced in the human setting. However, all this optimism was previously seen in the malaria vaccine development field without many real applicable results to date. We describe here the current state-of-the-art in the field of recombinant adenovirus research for malaria vaccine development, in particular referring to their use in combination with other immunogens in heterologous prime-boost protocols, while trying to simultaneously show our contributions and point of view on this subject.

Molecular and macromolecular alterations of recombinant adenoviral vectors do not resolve changes in hepatic drug metabolism during infection.

In this report we test the hypothesis that long-term virus-induced alterations in CYP occur from changes initiated by the virus that may not be related to the immune response. Enzyme activity, protein expression and mRNA of CYP3A2, a correlate of human CYP3A4, and CYP2C11, responsive to inflammatory mediators, were assessed 0.25, 1, 4, and 14 days after administration of several different recombinant adenoviruses at a dose of 5.7 x 1012 virus particles (vp)/kg to male Sprague Dawley rats. Wild type adenovirus, containing all viral genes, suppressed CYP3A2 and 2C11 activity by 37% and 39%, respectively within six hours. Levels fell to 67% (CYP3A2) and 79% (CYP2C11) of control by 14 days (p

Tumor necrosis factor α plays a central role in immune-mediated clearance of adenoviral vectors

Adenovirus (Ad) gene transfer vectors are rapidly cleared from infected hepatocytes in mice. To determine which effector mechanisms are responsible for elimination of the Ad vectors, we infected mice that were genetically compromised in immune effector pathways [perforin, Fas, or tumor necrosis factor α (TNF-α)] with the Ad vector, Ad5-chloramphenicol acetyl transferase (CAT). Mice were sacrificed at 7–60 days postinfection, and the levels of CAT expression in the liver determined by a quantitative enzymatic assay. When the livers of infected mice were harvested 28 days postinfection, the levels of CAT expression revealed that the effectors most important for the elimination of the Ad vector were TNF-α > Fas > perforin. TNF-α did not have a curative effect on infected hepatocytes, as the administration of TNF-α to infected severe combined immunodeficient mice or to infected cultures in vitro had no specific effect on virus persistence. However, TNF-α-deficient mice demonstrated a striking reduction in the leukocytic infiltration early on in the infection, suggesting that TNF-α deficiency resulted in impaired recruitment of inflammatory cells to the site of inflammation. In addition, the TNF-deficient mice had a significantly reduced humoral immune response to virus infection. These results demonstrate a dominant role of TNF-α in elimination of Ad gene transfer vectors. This result is particularly important because viral proteins that disable TNF-α function have been removed from most Ad vectors, rendering them highly susceptible to TNF-α-mediated elimination.

Optimization of adenoviral vectors for cancer suicide gene therapy

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Optimization of adenoviral vectors for cancer suicide gene therapy

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

CAV2 vector gene transfer into central nervious System

Estudi realitzat a partir d’una estada al Institut de Génétique Moléculaire de Montpellier, França, entre 2010 i 2012. En aquest projecte s’ha avaluat les avantatges dels vectors adenovirals canins tipus 2 (CAV2) com a vectors de transferència gènica al sistema nerviós central (SNC) en un model primat no-humà i en un model caní del síndrome de Sly (mucopolisacaridosis tipus 7, MPS VII), malaltia monogènica que cursa amb neurodegeneració. En una primera part del projecte s’ha avaluat la biodistribució, l’eficàcia i la durada de l’expressió del transgen en un model primat no humà, (Microcebus murinus). Com ha vector s’ha utilitzat un CAV2 de primera generació que expressa la proteïna verda fluorescent (CAVGFP). Els resultats aportats en aquesta memòria demostren que en primats no humans, com en d’altres espècies testades anteriorment per l’equip de l’EJ Kremer, la injecció intracerebral de CAV2 resulta en una extensa transducció del SNC, siguent les neurones i els precursors neuronals les cèl•lules preferencialment transduïdes. Els vectors canins, servint-se de vesícules intracel•lulars són transportats, majoritàriament, des de les sinapsis cap al soma neuronal, aquest transport intracel•lular permet una extensa transducció del SNC a partir d’una única injecció intracerebral dels vectors virals. En una segona part d’aquest projecte s’ha avaluat l’ús terapèutic dels CAV2. S’ha injectat un vector helper-dependent que expressa el gen la b-glucuronidasa i el gen de la proteïna verda fluorescent (HD-RIGIE), en el SNC del model caní del síndrome de Sly (MPS VII). La biodistribució i la eficàcia terapèutica han estat avaluades. Els nivells d’activitat enzimàtica en animals malalts injectats amb el vector terapèutic va arribar a valors similars als dels animals no afectes. A més a més s’ha observat una reducció en la quantitat dels GAGs acumulats en les cèl•lules dels animals malalts tractats amb el vector terapèutic, demostrant la potencialitat terapèutica dels CAV2 per a malalties que afecten al SNC. Els resultats aportats en aquest treball ens permeten dir que els CAV2 són unes bones eines terapèutiques per al tractament de malalties que afecten al SNC.

Connexin36 contributes to INS-1E cells survival through modulation of cytokine-induced oxidative stress, ER stress and AMPK activity.

Cell-to-cell communication mediated by gap junctions made of Connexin36 (Cx36) contributes to pancreatic β-cell function. We have recently demonstrated that Cx36 also supports β-cell survival by a still unclear mechanism. Using specific Cx36 siRNAs or adenoviral vectors, we now show that Cx36 downregulation promotes apoptosis in INS-1E cells exposed to the pro-inflammatory cytokines (IL-1β, TNF-α and IFN-γ) involved at the onset of type 1 diabetes, whereas Cx36 overexpression protects against this effect. Cx36 overexpression also protects INS-1E cells against endoplasmic reticulum (ER) stress-mediated apoptosis, and alleviates the cytokine-induced production of reactive oxygen species, the depletion of the ER Ca(2+) stores, the CHOP overexpression and the degradation of the anti-apoptotic protein Bcl-2 and Mcl-1. We further show that cytokines activate the AMP-dependent protein kinase (AMPK) in a NO-dependent and ER-stress-dependent manner and that AMPK inhibits Cx36 expression. Altogether, the data suggest that Cx36 is involved in Ca(2+) homeostasis within the ER and that Cx36 expression is downregulated following ER stress and subsequent AMPK activation. As a result, cytokine-induced Cx36 downregulation elicits a positive feedback loop that amplifies ER stress and AMPK activation, leading to further Cx36 downregulation. The data reveal that Cx36 plays a central role in the oxidative stress and ER stress induced by cytokines and the subsequent regulation of AMPK activity, which in turn controls Cx36 expression and mitochondria-dependent apoptosis of insulin-producing cells.

Characterization of GLUT8 and GLUT9, two novel glucose transporter isoforms

Summary Prevalence of type 2 diabetes is increasing worldwide at alarming rates, probably secondarily to that of obesity. As type 2 diabetes is characterized by blood hyperglycemia, controlling glucose entry into tissues from the bloodstream is key to maintain glycemia within acceptable ranges. In this context, several glucose transporter isoforms have been cloned recently and some of them have appeared to play important regulatory roles. Better characterizing two of them (GLUT8 and GLUT9) was the purpose of my work. The first part of my work was focused on GLUT8, which is mainly expressed in the brain and is able to transport glucose with high affinity. GLUT8 is retained intracellularly at basal state depending on an N-terminal dileucine motif, thus implying that cell surface expression may be induced by extracellular triggers. In this regard, I was interested in better defining GLUT8 subcellular localization at basal state and in finding signals promoting its translocation, using an adenoviral vector expressing a myc epitope-tagged version of the transporter, thus allowing expression and detection of cell-surface GLUT8 in primary hippocampal neurons and PC 12 cells. This tool enabled me to found out that GLUT8 resides in a unique compartment different from lysosomes, endoplasmic reticulum, endosomes and the Golgi. In addition, absence of GLUT8 translocation following pharmacological activation of several signalling pathways suggests that GLUT8 does not ever translocate to the cell surface, but would rather fulfill its role in its unique intracellular compartment. The second part of my work was focused on GLUT9, which -contrarily to GLUT8 - is unable to transport glucose, but retains the ability to bind glucose-derived cross-linker molecules, thereby suggesting that it may be a glucose sensor rather than a true glucose transporter. The aim of the project was thus to define if GLUT9 triggers intracellular signals when activated. Therefore, adenoviral vectors expressing GLUTS were used to infect both ßpancreatic and liver-derived cell lines, as GLUTS is endogenously expressed in the liver. Comparison of gene expression between cells infected with the GLUTS-expressing adenovirus and cells infected with a GFP-expressing control adenovirus ended up in the identification of the transcription factor HNF4α as being upregulated in aGLUT9-dependent manner. Résumé La prévalence du diabète de type 2 augmente de façon alarmante dans le monde entier, probablement secondairement à celle de l'obésité. Le diabète de type 2 étant caractérisé par une glycémie sanguine élevée, l'entrée du glucose dans les tissus depuis la circulation sanguine constitue un point de contrôle important pour maintenir la glycémie à des valeurs acceptables. Dans ce contexte, plusieurs isoformes de transporteurs au glucose ont été clonées récemment et certaines d'entre elles sont apparues comme jouant d'importants rôles régulateurs. Mieux caractériser deux d'entre elles (GLUT8 et GLUT9) était le but de mon travail. La première partie de mon travail a été centrée sur GLUT8, qui est exprimé principalement dans le cerveau et qui peut transporter le glucose avec une haute affinité. GLUT8 est retenu intracellulairement à l'état basal de façon dépendante d'un motif dileucine N-terminal, ce qui implique que son expression à la surface cellulaire pourrait être induite par des stimuli extracellulaires. Dans cette optique, je me suis intéressé à mieux définir la localisation subcellulaire de GLUT8 à l'état basal et à trouver des signaux activant sa translocation, en utilisant comme outil un vecteur adénoviral exprimant une version marquée (tag myc) du transporteur, me permettant ainsi d'exprimer et de détecter GLUT8 à la surface cellulaire dans des neurones hippocampiques primaires et des cellules PC12. Cet outil m'a permis de montrer que GLUT8 réside dans un compartiment unique différent des lysosomes, du réticulum endoplasmique, des endosomes, ainsi que du Golgi. De plus, l'absence de translocation de GLUT8 à la suite de l'activation pharmacologique de plusieurs voies de signalisation suggère que GLUT8 ne transloque jamais à la membrane plasmique, mais jouerait plutôt un rôle au sein même de son compartiment intracellulaire unique. La seconde partie de mon travail a été centrée sur GLUT9, lequel -contrairement à GLUT8 -est incapable de transporter le glucose, mais conserve la capacité de se lier à des molécules dérivées du glucose, suggérant que ce pourrait être un senseur de glucose plutôt qu'un vrai transporteur. Le but du projet a donc été de définir si GLUT9 active des signaux intracellulaires quand il est lui-même activé. Pour ce faire, des vecteurs adénoviraux exprimant GLUT9 ont été utilisés pour infecter des lignées cellulaires dérivées de cellules ßpancréatiques et d'hépatocytes, GLUT9 étant exprimé de façon endogène dans le foie. La comparaison de l'expression des gènes entre des cellules infectées avec l'adénovirus exprimant GLUT9 et un adénovirus contrôle exprimant la GFP a permis d'identifier le facteur de transcription HNF4α comme étant régulé de façon GLUT9-dépendante. Résumé tout public Il existe deux types bien distincts de diabète. Le diabète de type 1 constitue environ 10 des cas de diabète et se déclare généralement à l'enfance. Il est caractérisé par une incapacité du pancréas à sécréter une hormone, l'insuline, qui régule la concentration sanguine du glucose (glycémie). Il en résulte une hyperglycémie sévère qui, si le patient n'est pas traité à l'insuline, conduit à de graves dommages à divers organes, ce qui peut mener à la cécité, à la perte des membres inférieurs, ainsi qu'à l'insuffisance rénale. Le diabète de type 2 se déclare plus tard dans la vie. Il n'est pas causé par une déficience en insuline, mais plutôt par une incapacité de l'insuline à agir sur ses tissus cibles. Le nombre de cas de diabète de type 2 augmente de façon dramatique, probablement à la suite de l'augmentation des cas d'obésité, le surpoids chronique étant le principal facteur de risque de diabète. Chez l'individu sain, le glucose sanguin est transporté dans différents organes (foie, muscles, tissu adipeux,...) où il est utilisé comme source d'énergie. Chez le patient diabétique, le captage de glucose est altéré, expliquant ainsi l'hyperglycémie. Il est ainsi crucial d'étudier les mécanismes permettant ce captage. Ainsi, des protéines permettant l'entrée de glucose dans la cellule depuis le milieu extracellulaire ont été découvertes depuis une vingtaine d'années. La plupart d'entre elles appartiennent à une sous-famille de protéines nommée GLUT (pour "GLUcose Transporters") dont cinq membres ont été caractérisés et nommés selon l'ordre de leur découverte (GLUT1-5). Néanmoins, la suppression de ces protéines chez la souris par des techniques moléculaires n'affecte pas totalement le captage de glucose, suggérant ainsi que des transporteurs de glucose encore inconnus pourraient exister. De telles protéines ont été isolées ces dernières années et nommées selon l'ordre de leur découverte (GLUT6-14). Durant mon travail de thèse, je me suis intéressé à deux d'entre elles, GLUT8 et GLUT9, qui ont été découvertes précédemment dans le laboratoire. GLUT8 est exprimé principalement dans le cerveau. La protéine n'est pas exprimée à la surface de la cellule, mais est retenue à l'intérieur. Des mécanismes complexes doivent donc exister pour déplacer le transporteur à la surface cellulaire, afin qu'il puisse permettre l'entrée du glucose dans la cellule. Mon travail a consisté d'une part à définir où se trouve le transporteur à l'intérieur de la cellule, et d'autre part à comprendre les mécanismes capables de déplacer GLUT8 vers la surface cellulaire, en utilisant des neurones exprimant une version marquée du transporteur, permettant ainsi sa détection par des méthodes biochimiques. Cela m'a permis de montrer que GLUT8 est localisé dans une partie de la cellule encore non décrite à ce jour et qu'il n'est jamais déplacé à la surface cellulaire, ce qui suggère que le transporteur doit jouer un rôle à l'intérieur de la cellule et non à sa surface. GLUT9 est exprimé dans le foie et dans les reins. Il ressemble beaucoup à GLUT8, mais ne transporte pas le glucose, ce qui suggère que ce pourrait être un récepteur au glucose plutôt qu'un transporteur à proprement parler. Le but de mon travail a été de tester cette hypothèse, en comparant des cellules du foie exprimant GLUT9 avec d'autres n'exprimant pas la protéine. Par des méthodes d'analyses moléculaires, j'ai pu montrer que la présence de GLUT9 dans les cellules du foie augmente l'expression de HNF4α, une protéine connue pour réguler la sécrétion d'insuline dans le pancréas ainsi que la production de glucose dans le foie. Des expériences complémentaires seront nécessaires afin de mieux comprendre par quels mécanismes GLUT9 influence l'expression de HNF4α dans le foie, ainsi que de définir l'importance de GLUT9 dans la régulation de la glycémie chez l'animal entier.

Lentiviral vectors efficiently transduce the EGFP gene into cardiomyocytes in vivo : immunohistology and Elisa quantification of the transgene

RESUME Les maladies cardio-vasculaires représentent la cause la plus importante de mortalité et de morbidité dans les pays occidentaux. La thérapie génique offre une nouvelle approche au traitement de ces maladies. L'expression de gènes protecteurs dans le myocarde par des technologies de transfert génique peut améliorer la fonction ventriculaire lors de l'insuffisance cardiaque ou stimuler la formation de nouveaux vaisseaux dans la maladie coronarienne. Etant donné qu'une majorité des maladies cardiaques sont des maladies chroniques, l'expression durable du gène thérapeutique introduit dans le coeur est souhaitable dans de nombreux cas. Malheureusement, l'utilité des vecteurs de transfert génique les plus utilisés en thérapie génique cardiovasculaire est limitée par une performance faible (ADN plasmidique) et une courte durée d'expression (adénovirus). Récemment, des vecteurs de transfert génique dérivés des lentivirus, une sous-famille des rétrovirus, ont retenu l'attention de la communauté scientifique en raison de leur capacité à exprimer des gènes à long terme. Contrairement aux vecteurs rétroviraux traditionnels, les vecteurs lentiviraux transduisent des gènes même dans des cellules qui ne se divisent pas, ce qui est le cas des cardiomyocytes adultes. Ces vecteurs présentent un profil de biosécurité comparable à celui des vecteurs rétroviraux traditionnels. Nous avons donc décidé de tester l'utilité des vecteurs lentiviraux pour le transfert génique dans des cardiomyocytes de rat adulte in vitro et in vivo. Plusieurs versions de vecteurs lentiviraux contenant différent promoteurs ont été construites. Ces vecteurs contenant le gène marqueur EGFP (enhanced green fluorescent protein) ont été testés dans des cardiomyocytes de rat in vitro, ainsi que dans des coeurs de rat in vivo. Le but de ces expériences était de déterminer la durée de l'expression du transgène après injection intramyocardique chez le rat. Pour ce faire, nous avons développé une technique ELISA pour détecter la protéine EGFP dans des extraits de tissu cardiaque. Les résultats ont montré que la protéine EGFP était encore présente à des niveaux significatifs jusqu'à dix semaines après l'injection de vecteurs lentiviraux, alors que l'expression transgénique obtenue avec un vecteur adénoviral traditionnel a été plus limitée dans le temps. Ces résultats démontrent la capacité des vecteurs lentiviraux à exprimer des gènes d'intérêt de manière performante et stable dans le cœur de rat adulte in vivo. SUMMARY Cardiovascular diseases are the first cause of morbidity and mortality in Western countries. Gene therapy offers a new approach to these diseases. Expression of therapeutic genes in the myocardium by gene transfer technologies can improve ventricular function in heart failure and stimulate neovascularization in coronary disease. Chronic heart diseases likely require sustained expression of the therapeutic gene within the heart itself. Unfortunately, the most commonly used vectors in cardiovascular gene therapy, i.e. plasmid DNA and recombinant adenovirus vectors, are limited by poor DNA uptake and transient transgene expression, respectively. Recently, lentivirus-derived vectors have attracted much interest because of their ability to achieve long-term transgene expression. In contrast to traditional retroviral vectors, lentiviral vectors are also able to transduce non- dividing cells, while presenting a comparable biosafety profile. Adult cardiomyocytes are terminally differentiated cells that do not divide under normal conditions. For these reasons, we have decided to evaluate the efficiency of lentiviral vectors for gene-transduction of adult cardiomyocytes both in vitro and in vivo. We constructed various types of lentiviral vectors containing various promoters. Vectors encoding EGFP as a reporter gene were tested in rat cardiomyocytes in vitro and in rat hearts in vivo. The aim of the experiments involved in this thesis work was to determine the duration of the expression of the transgene after rat intramyocardial injection using a quantitative assay. Therefore, an ELISA technique was set up to measure the EGFP protein in rat heart tissue extracts. Our results showed that the EGFP protein was still present at significant levels at ten weeks after lentiviral vector injection, whereas the duration of expression with adenoviral vectors was shorter. These results demonstrate that lentiviral vectors efficiently deliver genes and achieve sustained transgene expression in adult rat cardiomyocytes in vivo.

Development of a bovine adenovirus type 2-based gene delivery vector /

ABSTRACT Recombinant adenoviruses are currently under intense investigation as potential gene delivery and gene expression vectors with applications in human and veterinary medicine. As part of our efforts to develop a bovine adenovirus type 2 (BAV2) based vector system, the nucleotide sequence of BAV2 was determined. Sixty-six open reading frames (ORFs) were found with the potential to encode polypeptides that were at least 50 amino acid (aa) residue long. Thirty-one of the BAV2 polypeptide sequences were found to share homology to already identified adenovirus proteins. The arrangement of the genes revealed that the BAV2 genomic organization closely resembles that of well-characterized human adenoviruses. In the course of this study, continuous propagation of BAV2 over many generations in cell culture resulted in the isolation of a BAV2 spontaneous mutant in which the E3 region was deleted. Restriction enzyme, sequencing and PCR analyses produced concordant results that precisely located the deletion and revealed that its size was exactly 1299 bp. The E3-deleted virus was plaque-purified and further propagated in cell culture. It appeared that the replication of such a virus lacking a portion of the E3 region was not affected, at least in cell culture. Attempts to rescue a recombinant BAV2 virus with the bacterial kanamycin resistance gene in the E3 region yielded a candidate as verified with extensive Southern blotting and PCR analyses. Attempts to purify the recombinant virus were not successful, suggesting that such recombinant BAV2 was helper-dependent. Ten clones containing full-length BAV2 genomes in a pWE15 cosmid vector were constructed. The infectivity of these constructs was tested by using different transfection methods. The BAV2 genomic clones did appear to be infectious only after extended incubation period. This may be due to limitations of various transfection methods tested, or biological differences between virus- and E. co//-derived BAV2 DNA.

Engineering an improved adenovirus packaging cell line

Recombinant human adenovirus (Ad) vectors are being extensively explored for their use in gene therapy and recombinant vaccines. Ad vectors are attractive for many reasons, including the fact that (1) they are relatively safe, based on their use as live oral vaccines, (2) they can accept large transgene inserts, (3) they can infect dividing and postmitotic cells, and (4) they can be produced to high titers. However, there are also a number of major problems associated with Ad vectors, including transient foreign gene expression due to host cellular immune responses, problems with humoral immunity, and the creation of replication competent adenoviruses (RCA). Most Ad vectors contain deletions in the E1 region that allow for insertion of a transgene. However, the E1 gene products are required for replication and thus must be supplied in trans by a helper ceillille that will allow for the growth and packaging of the defective virus. For this purpose the 293 cell line (Graham et al., 1977) is used most often; however, homologous recombination between the vector and the cell line often results in the generation of RCA. The presence of RCA in batches of adenoviral vectors for clinical use is a safety risk because tlley . may result in the mobilization and spread of the replication-defective vector viruses, and in significant tissue damage and pathogenicity. The present research focused on the alteration of the 293 cell line such that RCA formation can be eliminated. The strategy to modify the 293 cells involved the removal of the first 380 bp of the adenovirus genome through the process of homologous recombination. The first step towards this goal involved identifying and cloning the left-end cellular-viral jUl1ction from 293 cells to assemble sequences required for homologous recombination. Polymerase chain reaction (PCR) was performed to clone the junction, and the clone was verified through sequencing. The plasn1id PAM2 was then constructed, which served as the targeting cassette used to modify the 293 cells. The cassette consisted of (1) the cellular-viral junction as the left-end region of homology, (2) the neo gene to use for positive selection upon tranfection into 293 cells, (3) the adenoviral genome from bp 380 to bp 3438 as the right-end region of homology, and (4) the HSV-tk gene to use for negative selection. The plasmid PAM2 was linearized to produce a double strand break outside the region of homology, and transfected into 293 cells using the calcium-phosphate technique. Cells were first selected for their resistance to the drug G418, and subsequently for their resistance to the drug Gancyclovir (GANC). From 17 transfections, 100 pools of G418f and GANCf cells were picked using cloning lings and expanded for screening. Genomic DNA was isolated from the pools and screened for the presence of the 380 bps using PCR. Ten of the most promising pools were diluted to single cells and expanded in order to isolate homogeneous cell lines. From these, an additional 100 G41Sf and GANef foci were screened. These preliminary screening results appear promising for the detection of the desired cell line. Future work would include further cloning and purification of the promising cell lines that have potentially undergone homologous recombination, in order to isolate a homogeneous cell line of interest.