Preferential transduction of neurons by canine adenovirus vectors and their efficient retrograde transport in vivo

Abstract

In the central nervous system (CNS), there are innate obstacles to the modification of neurons: their relative low abundance versus glia and oligodendrocytes, the inaccessibility of certain target populations, and the volume one can inject safely. Our aim in this study was to characterize the in vivo efficacy of a novel viral vector derived from a canine adenovirus (CAV-2). Here we show that CAV-2 preferentially transduced i) rat olfactory sensory neurons; ii) rodent CNS neurons in vitro and in vivo; and, more clinically relevant, iii) neurons in organotypic slices of human cortical brain. CAV-2 also showed a high disposition for retrograde axonal transport in vivo. We examined the molecular basis of neuronal targeting by CAV-2 and suggest that due to CAR (coxsackie adenovirus receptor) expression on neuronal cells-and not oligodendrocytes, glia, myofibers, and nasal epithelial cells-CAV-2 vectors transduced neurons preferentially in these diverse tissues.

Widespread distribution of β-hexosaminidase activity in the brain of a Sandhoff mouse model after coinjection of adenoviral vector and mannitol

“…Consequently, alternative strategies should be considered such as (I) multiple injections in different regions of the brain, (II) the use of methods to increase the diffusion efficiency into the parenchyma, (III) or the use of a vector that is readily transported to afferent regions by axonal retrograde transport. 16 Mannitol enhanced enzyme distribution in the injected hemisphere of Hexb À/À micey…”

“…Various methods have been developed in order to decrease the toxicity of CNS gene delivery, such as immunosuppression of the animals. 24 Potentially less pathogenic vectors are also being investigated, including 'gutless' adenoviral vectors, 25 canine adenovirus vectors (CAV-2), 16 AAV, 26 and lentiviral vectors. 27 Such vectors will also have to be designed for Sandhoff disease gene therapy and their use compared to adenoviral vectors in terms of transduction efficiency, vector diffusion and potential deleterious effects.…”

Chick embryo lethal orphan virus can be polymer-coated and retargeted to infect mammalian cells

“…Additionally, most of the population has been exposed to natural adenovirus infection, therefore recombinant adenovirus vectors are likely to encounter neutralizing anti-adenovirus antibodies in patient plasma. 4,5 To avoid pre-existing humoral immunity in patients, several groups have investigated adenovirus serotypes from alternative species such as cows, [6][7][8][9][10][11][12][13][14] sheep, [15][16][17][18][19][20][21][22][23][24][25] chimpanzees, [26][27][28] dogs [29][30][31][32][33][34][35][36] and chickens. [37][38][39][40] Chicken embryo lethal orphan virus (CELO; fowl adenovirus type 1), characterized as an infectious agent in 1957, 41 is attractive as a gene delivery vector since it is simple and cheap to produce in bulk in chicken embryos and has a good safety profile being completely replication defective in human cells, even in the presence of wild-type human adenovirus.…”

L’adénovirus canin : meilleur ami de l’homme ?

“…En outre, le génome de CAV-2 ne s'intègre pas non plus à celui de la cellule hôte ce qui a l'avantage de minimiser le risque de transformation, mais entraîne aussi la perte d'expression du transgène dans des cellules en prolifération, une expression à long terme nécessitant donc, soit des ré-administrations du vecteur, soit le ciblage des cellules post-mitotiques. Enfin, si la majorité des Ad utilisent la protéine CAR (coxsackievirus adenovirus receptor) comme récepteur principal et certaines intégrines comme récepteur secondaire (activant des cascades de signalisation qui aboutissent à la production de cytokines pro-inflammatoires [4]), CAV-2 a l'avantage: (1) de ne pas posséder le motif responsable de l'interaction avec les intégrines [5]; et (2) de n'infecter que les cellules exprimant CAR [6], ce qui restreint son tropisme et pourrait permettre de cibler une population cellulaire au sein d'un tissu [7]. In vivo, les vecteurs CAV-2 transduisent efficacement les cellules épithéliales des voies aériennes, in vivo chez la souris ou in vitro chez l'homme [2], encourageant le développement de vecteurs CAV-2 pour traiter la mucoviscidose, maladie récalcitrante à la thérapie génique.…”

“…In vivo, les vecteurs CAV-2 transduisent efficacement les cellules épithéliales des voies aériennes, in vivo chez la souris ou in vitro chez l'homme [2], encourageant le développement de vecteurs CAV-2 pour traiter la mucoviscidose, maladie récalcitrante à la thérapie génique. L'injection de vecteurs CAV-2 dans diffé-rents tissus a cependant mis en évidence leur tropisme préférentiel pour les neurones [7]. Dans le cerveau, cette transduction préférentielle procure aux vecteurs CAV-2 l'avantage de limiter l'expression du transgène aux neurones, sans transduction des cellules gliales, ce qui élimine la réaction inflammatoire qui survient avec les Ad humains [8] gutless (littéralement «sans tripes») [9], qui sont dépourvus de tous les gènes viraux et apportent donc une solution au problème d'immunogénicité adaptative.…”