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血液脳関門における差異発現は、AAV-PHP.B.の菌株特異的中枢神経系トランスダクションプロファイルに責任がある
Differential Expression in Blood-Brain Barrier Is Responsible for Strain Specific Central Nervous System Transduction Profile of AAV-PHP.B.
PMID: 31696742 DOI: 10.1089/hum.2019.186.
抄録
神経疾患に対するアデノ随伴ウイルス（AAV）遺伝子治療は、AAV9が全身投与後に血液脳関門（BBB）を通過することが発見されたことにより革命的なものとなりました。形質転換的な結果は様々な遺伝性疾患で文書化されているが、全体的な神経伝達効率は比較的低い。最近、マウスの成体脳への導入効率がAAV9の約60倍のAAV-PHP.Bを開発したことは、中枢神経系（CNS）の大多数の細胞に遺伝子を導入する能力を獲得するための大きな第一歩となりました。しかし、AAVがBBBを越えるためにどのようなメカニズムでBBBを越えるのか、また、種を越えてどのように分岐するのかについては、ほとんど知られていませんでした。本研究では、BALB/cJ、BALB/cByJ、A/J、NOD/ShiLtJ、NZO/HILtJ、C3H/HeJ、CBA/Jの近交系マウスでは、AAV-PHP.Bは全身の中枢神経系遺伝子導入には効果がないが、C57BL/6J、FVB/NJ、DBA/2J、129S1/SvImJ、AKR/Jマウスや外来系のCD-1では高い活性を示すことを明らかにした。我々は、古典的遺伝学の力を用いて、AAV-PHP.Bが中枢神経系を高効率で誘導する分子機構を明らかにし、定量的形質遺伝子座のマッピングにより、9種類の遺伝子のコード領域の一塩基多型を含む、オッズの対数（LOD）スコアが約20の染色体15番にある6Mbの領域を同定した。16種類の異なるマウス株のゲノム配列に関する公開データの比較と、脳微小毛細血管内皮のRNA-seqデータ解析を組み合わせることで、AAV-PHP.Bの発現レベルが、異なるマウス株間での中枢神経系への導入におけるAAV-PHP.Bの効果の違いを決定する要因である可能性が高いと結論づけた。
Adeno-associated virus (AAV) gene therapy for neurological diseases was revolutionized by the discovery that AAV9 crosses the blood-brain barrier (BBB) after systemic administration. Transformative results have been documented in various inherited diseases, but overall neuronal transduction efficiency is relatively low. The recent development of AAV-PHP.B with ∼60-fold higher efficiency than AAV9 in transducing the adult mouse brain was the major first step toward acquiring the ability to deliver genes to the majority of cells in the central nervous system (CNS). However, little is known about the mechanism utilized by AAV to cross the BBB, and how it may diverge across species. In this study, we show that AAV-PHP.B is ineffective for systemic CNS gene transfer in the inbred strains BALB/cJ, BALB/cByJ, A/J, NOD/ShiLtJ, NZO/HILtJ, C3H/HeJ, and CBA/J mice, but it is highly potent in C57BL/6J, FVB/NJ, DBA/2J, 129S1/SvImJ, and AKR/J mice and also the outbred strain CD-1. We used the power of classical genetics to uncover the molecular mechanisms AAV-PHP.B engages to transduce CNS at high efficiency, and by quantitative trait locus mapping we identify a 6 Mb region in chromosome 15 with an logarithm of the odds (LOD) score ∼20, including single nucleotide polymorphisms in the coding region of 9 different genes. Comparison of the publicly available data on the genome sequence of 16 different mouse strains, combined with RNA-seq data analysis of brain microcapillary endothelia, led us to conclude that the expression level of is likely the determining factor for differential efficacy of AAV-PHP.B in transducing the CNS across different mouse strains.