Lentiviral Gene Therapy for Mucopolysaccharidosis II with Tagged Iduronate 2-Sulfatase Prevents Life-Threatening Pathology in Peripheral Tissues But Fails to Correct Cartilage

Deficiency of iduronate 2-sulfatase (IDS) causes Mucopolysaccharidosis type II (MPS II), a lysosomal storage disorder characterized by systemic accumulation of glycosaminoglycans (GAGs), leading to a devastating cognitive decline and life-threatening respiratory and cardiac complications. We previously found that hematopoietic stem and progenitor cell-mediated lentiviral gene therapy (HSPC-LVGT) employing tagged IDS with insulin-like growth factor 2 (IGF2) or ApoE2, but not receptor-associated protein minimal peptide (RAP12x2), efficiently prevented brain pathology in a murine model of MPS II. In this study, we report on the effects of HSPC-LVGT on peripheral pathology and we analyzed IDS biodistribution. We found that HSPC-LVGT with all vectors completely corrected GAG accumulation and lysosomal pathology in liver, spleen, kidney, tracheal mucosa, and heart valves. Full correction of tunica media of the great heart vessels was achieved only with IDS.IGF2co gene therapy, while the other vectors provided near complete (IDS.ApoE2co) or no (IDSco and IDS.RAP12x2co) correction. In contrast, tracheal, epiphyseal, and articular cartilage remained largely uncorrected by all vectors tested. These efficacies were closely matched by IDS protein levels following HSPC-LVGT. Our results demonstrate the capability of HSPC-LVGT to correct pathology in tissues of high clinical relevance, including those of the heart and respiratory system, while challenges remain for the correction of cartilage pathology

Tagged IDS causes efficient and engraftment-independent prevention of brain pathology during lentiviral gene therapy for Mucopolysaccharidosis type II

Mucopolysaccharidosis type II (OMIM 309900) is a lysosomal storage disorder caused by iduronate 2-sulfatase (IDS) deficiency and accumulation of glycosaminoglycans, leading to progressive neurodegeneration. As intravenously infused enzyme replacement therapy cannot cross the blood-brain barrier (BBB), it fails to treat brain pathology, highlighting the unmet medical need to develop alternative therapies. Here, we test modified versions of hematopoietic stem and progenitor cell (HSPC)-mediated lentiviral gene therapy (LVGT) using IDS tagging in combination with the ubiquitous MND promoter to optimize efficacy in brain and to investigate its mechanism of action. We find that IDS tagging with IGF2 or ApoE2, but not RAP12x2, improves correction of brain heparan sulfate and neuroinflammation at clinically relevant vector copy numbers. HSPC-derived cells engrafted in brain show efficiencies highest in perivascular areas, lower in choroid plexus and meninges, and lowest in parenchyma. Importantly, the efficacy of correction was independent of the number of brain-engrafted cells. These results indicate that tagged versions of IDS can outperform untagged IDS in HSPC-LVGT for the correction of brain pathology in MPS II, and they imply both cell-mediated and tag-mediated correction mechanisms, including passage across the BBB and increased uptake, highlighting their potential for clinical translation.</p

Πρωτόκολλα διαλόγου πολλαπλών πρακτόρων

Μεταπτυχιακή διατριβή που υποβλήθηκε στη σχολή Μηχανικών παραγωγής και διοίκησης του Πολυτεχνείου Κρήτης για τη πλήρωση προϋποθέσεων λήψης του Μεταπτυχιακού Διπλώματος ειδίκευσης.Περίληψη: Τα συστήματα διαλόγου προσπαθούν να συλλάβουν πτυχές της επικοινωνίας πολλαπλών πρακτόρων, με σκοπό την κατανόηση, βελτίωση, αυτοματοποίηση και παράλληλα την αναδημιουργία της επικοινωνίας αυτής. Αν και υπάρχει πλήθος ερευνών για τις επίσημες πτυχές των συστημάτων διαλόγου που αφορούν την επιχειρηματολογία, οι έρευνες λογισμικού και εργαλείων ανάπτυξης που ενισχύουν την ανάπτυξη διαλόγων ανοιχτού τύπου και πολλαπλών πρακτόρων είναι ελάχιστες. Επεξηγείται, λοιπόν, το πρώτο βήμα προς ένα αναπτυξιακό πλαίσιο για ένα ανοιχτό σύστημα πολλαπλών πρακτόρων στο οποίο οι διάφοροι πράκτορες μπορούν να συμμετάσχουν σε debate ή διαλόγους επιχειρηματολογίας τύπου peer-to-peer. Επιπλέον, περιγράφεται μια γλώσσα επικοινωνίας πρακτόρων, η οποία ξεχωρίζει τον διάλογο πρακτόρων από κάθε ειδική τεχνολογία λογισμού. Αυτή η γλώσσα έχει σκοπό να αποδώσει έναν ικανοποιητικό αριθμό ικανοτήτων μετάδοσης πληροφοριών και γνώσεων σε σχέση με το θεωρητικό μοντέλο, που μελετά την επικοινωνία πρακτόρων, πάνω στο οποίο βασίστηκε η γλώσσα FIPA-ACL. Η γλώσσα επικοινωνίας εκφράζει το διάλογο μεταξύ πρακτόρων, μέσω της χρήσης πρωτοκόλλων, και έχει σκοπό να αποτελέσει μια ανεξάρτητη τεχνολογία μετάδοσης μηνυμάτων. Παρουσιάζονται σε αυτή την εργασία, τα χαρακτηριστικά αυτής της γλώσσας επικοινωνίας, καθώς και η έννοια της λειτουργίας της, η οποία καθορίζει την εκτέλεσή της. Το ειδικό-ξεχωριστό γνώρισμα αυτής της γλώσσας ανάγεται στη διαδικασία λογισμού και έτσι δημιουργεί ένα στιβαρό μηχανισμό για την επαλήθευση των πρωτοκόλλων πρακτόρων

The Effect of the Stringent Response and Oxidative Stress Response on Fitness Costs of De Novo Acquisition of Antibiotic Resistance

Resistance evolution during exposure to non-lethal levels of antibiotics is influenced by various stress responses of bacteria which are known to affect growth rate. Here, we aim to disentangle how the interplay between resistance development and associated fitness costs is affected by stress responses. We performed de novo resistance evolution of wild-type strains and single-gene knockout strains in stress response pathways using four different antibiotics. Throughout resistance development, the increase in minimum inhibitory concentration (MIC) is accompanied by a gradual decrease in growth rate, most pronounced in amoxicillin or kanamycin. By measuring biomass yield on glucose and whole-genome sequences at intermediate and final time points, we identified two patterns of how the stress responses affect the correlation between MIC and growth rate. First, single-gene knockout E. coli strains associated with reactive oxygen species (ROS) acquire resistance faster, and mutations related to antibiotic permeability and pumping out occur earlier. This increases the metabolic burden of resistant bacteria. Second, the ΔrelA knockout strain, which has reduced (p)ppGpp synthesis, is restricted in its stringent response, leading to diminished growth rates. The ROS-related mutagenesis and the stringent response increase metabolic burdens during resistance development, causing lower growth rates and higher fitness costs