Advanced

Specific genetic modifications in the CNS - Cell specific expression and gene specific regulation

Elgstrand, Erika LU (2013) In Lund University, Faculty of Medicine, Doctoral dissertation series 2013:98.
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Vid genterapi för man in nya gener i en individs celler. Detta kan göras med hjälp av modifierade

virus. Dessa virus kan föra in den nya genen, den såkallade transgenen, in i värdcellen men inte bilda

nya viruspartiklar. I många fall är det viktigt att begränsa i vilka celler som transgenen uttrycks, då det

producerade proteinet kan ge bieffekter i andra celltyper. Det finns flera olika sätt att designa genterapivektorn för att begränsa uttrycket av transgenen till en eller ett urval av celltyper. I den första delen av denna avhandling fokuserar vi på detta.

En promotor styr i vilka celler, när och hur mycket en gen ska uttryckas. Uttrycket av... (More)
Popular Abstract in Swedish

Vid genterapi för man in nya gener i en individs celler. Detta kan göras med hjälp av modifierade

virus. Dessa virus kan föra in den nya genen, den såkallade transgenen, in i värdcellen men inte bilda

nya viruspartiklar. I många fall är det viktigt att begränsa i vilka celler som transgenen uttrycks, då det

producerade proteinet kan ge bieffekter i andra celltyper. Det finns flera olika sätt att designa genterapivektorn för att begränsa uttrycket av transgenen till en eller ett urval av celltyper. I den första delen av denna avhandling fokuserar vi på detta.

En promotor styr i vilka celler, när och hur mycket en gen ska uttryckas. Uttrycket av transgenen

kan därför begränsas genom att välja en lämplig promotor i vektorn. Ett specifikt uttryck i nervceller

kan till exempel uppnås genom att titta på vilka protein som uttrycks specifikt i nervceller och sedan

ta promotorn som styr uttrycket av genen för det proteinet och sätta in den i vektorn. I den första

studien i den här avhandlingen beskriver vi en metod som kan användas för att välja promotorer som

är relevanta för Parkinsons sjukdom. Dessa promotorer kan användas för att uttrycka transgenen i ett

urval av celler som påverkas av denna sjukdom. Ett annat sätt att begränsa uttrycket av transgenen

är att lägga till en sekvens som är komplementär till ett miRNA. miRNA är små bitar RNA som inte

kodar för något protein. Dessa finns naturligt i cellen där de binder till komplementära sekvenser på

mRNA (proteinkodande RNA) och gör att mindre av det proteinet som mRNAt kodar för produceras.

I den andra studien i den här avhandlingen har vi använt denna metod för att begränsa uttrycket

av transgenen till mikroglia. Vi har lagt till en sekvens som är komplementär för miRNA9 i vektorn.

Detta leder till ett transgenuttryck i mikroglia, för där uttrycks inte miRNA9, men stänger av uttrycket

in de andra celltyperna i hjärnan då dessa uttrycker miRNA9.

I den andra delen av denna avhandling använder vi genterapi för att specifikt påverka en gen som

finns naturligt i cellens genom. GAD67 är ett enzym som är hastighetsbegränsande i syntesten av

GABA. GABA är den vanligaste inhibitoriska neurotransmittorn i hjärnan och en felaktig GABAsignalering

har upptäckts i ett fleratal sjukdomar. Exempel på sådana sjukdomar är Parkinson’s sjukdom

och Huntingtons sjukdom. Genom att modifiera mängden GAD67 i nervcellen kan kanske

frisättningen av GABA ändras. Detta skulle kunna lindra några av symptomen som uppstår vid dessa

sjukdomar. Transkriptionsfaktorer finns naturligt i cellen där de binder till promotorn hos gener och

reglerar genuttrycket. I den tredje studien i den här avhandlingen använder vi en egendesignad transkriptionsfaktor för att öka uttrycket av GAD67. Det går att utnyttja cellens miRNA-system för att

minska uttrycket av en målgen. Detta kan göras genom att designa syntetiska miRNA. I den fjärde

studien i denna avhandling använder vi ett syntetiskt miRNA för att minska uttrycket av GAD67.

Dessa verktyg skulle kunna användas för att modifiera GAD67-uttrycket i cellkärnor som visar för

liten respektive för stor GABA-frisättning. (Less)
Abstract
Gene therapy is a promising therapeutic tool for many diseases of the CNS. Lentiviral vectors are particularly attractive since this vector type can transduce both dividing and non-dividing cells, have a relatively large cloning capacity, can sustain long-term transgene expression and have low immunogenicity. The specificity of the vector is however important to avoid potential off-target effects and make the treatment as safe and beneficial as possible. The promoter plays a large part in the specificity of the vector. In this thesis we describe two approaches to find disease-specific promoters that can be used in gene therapy vectors for treatment of Parkinson’s disease. Another way to restrict transgene expression is by... (More)
Gene therapy is a promising therapeutic tool for many diseases of the CNS. Lentiviral vectors are particularly attractive since this vector type can transduce both dividing and non-dividing cells, have a relatively large cloning capacity, can sustain long-term transgene expression and have low immunogenicity. The specificity of the vector is however important to avoid potential off-target effects and make the treatment as safe and beneficial as possible. The promoter plays a large part in the specificity of the vector. In this thesis we describe two approaches to find disease-specific promoters that can be used in gene therapy vectors for treatment of Parkinson’s disease. Another way to restrict transgene expression is by post-transcriptional regulation. This can be achieved by introducing miRNA target sites in the transgene cassette. We describe such an approach to restrict transgene expression to resident microglia in the brain. Perturbation in the GABAergic signalling is present in Parkinson’s disease and several other disorders of the CNS. Glutamic acid decarboxylase is the rate-limiting enzyme in the synthesis of GABA and the GABA output of a neuron may be altered when the level of GAD present in the cell is modified. In this thesis we show two different approaches to specifically regulate the expression of the endogenous GAD67 gene. GAD67 is one of the two isoforms of glutamic acid decarboxylase present in the brain. The first approach uses a customised zinc-finger based transcription factor to upregulate GAD67 while the second approach use a synthetic microRNA to downregulate GAD67. Both of these tools could potentially be used in disease modifying treatments of diseases where aberrant GABAergic signalling is present. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Professor Essand, Magnus, Department of immunology, genetics and pathology, Uppsala University, Uppsala, Sweden
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Parkinson’s disease Gene therapy Cell specific GAD67 Rat Striatum Substantia nigra pars reticulata
in
Lund University, Faculty of Medicine, Doctoral dissertation series
volume
2013:98
pages
116 pages
publisher
Department of Experimental Medical Science, Lund Univeristy
defense location
Segerfalksalen, Wallenberg Neuroscience Center, Lund, Sweden
defense date
2013-09-27 09:00
ISSN
1652-8220
ISBN
978-91-87449-70-3
language
English
LU publication?
yes
id
b9b5bb44-69ff-4441-ac0d-4eb202e4a3ed (old id 4017603)
date added to LUP
2013-09-06 13:03:10
date last changed
2018-11-21 20:15:47
@phdthesis{b9b5bb44-69ff-4441-ac0d-4eb202e4a3ed,
  abstract     = {Gene therapy is a promising therapeutic tool for many diseases of the CNS. Lentiviral vectors are particularly attractive since this vector type can transduce both dividing and non-dividing cells, have a relatively large cloning capacity, can sustain long-term transgene expression and have low immunogenicity. The specificity of the vector is however important to avoid potential off-target effects and make the treatment as safe and beneficial as possible. The promoter plays a large part in the specificity of the vector. In this thesis we describe two approaches to find disease-specific promoters that can be used in gene therapy vectors for treatment of Parkinson’s disease. Another way to restrict transgene expression is by post-transcriptional regulation. This can be achieved by introducing miRNA target sites in the transgene cassette. We describe such an approach to restrict transgene expression to resident microglia in the brain. Perturbation in the GABAergic signalling is present in Parkinson’s disease and several other disorders of the CNS. Glutamic acid decarboxylase is the rate-limiting enzyme in the synthesis of GABA and the GABA output of a neuron may be altered when the level of GAD present in the cell is modified. In this thesis we show two different approaches to specifically regulate the expression of the endogenous GAD67 gene. GAD67 is one of the two isoforms of glutamic acid decarboxylase present in the brain. The first approach uses a customised zinc-finger based transcription factor to upregulate GAD67 while the second approach use a synthetic microRNA to downregulate GAD67. Both of these tools could potentially be used in disease modifying treatments of diseases where aberrant GABAergic signalling is present.},
  author       = {Elgstrand, Erika},
  isbn         = {978-91-87449-70-3},
  issn         = {1652-8220},
  keyword      = {Parkinson’s disease Gene therapy Cell specific GAD67 Rat Striatum Substantia nigra pars reticulata},
  language     = {eng},
  pages        = {116},
  publisher    = {Department of Experimental Medical Science, Lund Univeristy},
  school       = {Lund University},
  series       = {Lund University, Faculty of Medicine, Doctoral dissertation series},
  title        = {Specific genetic modifications in the CNS - Cell specific expression and gene specific regulation},
  volume       = {2013:98},
  year         = {2013},
}