Les dysferlinopathies constituent un groupe de dystrophies musculaires autosomiques récessives comprenantprincipalement la myopathie des ceintures (LGMD) de type 2B et la myopathie distale de Miyoshi. Elles sont causéespar des mutations dans le gène DYSF qui se situe dans la région chromosomique 2p13.1-13.3 (NM_003494). Ce gènecomporte 55 exons répartis sur plus de 230 kb. Il est exprimé principalement dans le muscle squelettique etcardiaque, mais également dans d'autres tissus (placenta...) et types cellulaires tels que lesmonocytes/macrophages. La dysferline (2080 acides aminés, 237 kDa, O75923) fait partie de la famille des Ferlineset comporte 7 domaines C2, senseur de calcium et un domaine transmembranaire C-terminal.La dysferline participe à la formation des tubules-T et à la fusion des myoblastes en myotubes avec lamyoferline (un autre membre de la famille). Elle est localisée au sarcolemme de la fibre musculaire squelettiqueadulte, où elle joue un rôle dans sa réparation. En effet, chez l’homme comme dans les modèles murins, en absencede dysferline, des vésicules, dont la nature n’est pas clairement établie, s’accumulent sous le sarcolemme lésé sansfusionner avec celui-ci. Elle interagirait avec plusieurs protéines membranaires ou cytosoliques, dont certaines(comme la cavéoline 3) sont aussi impliquées dans d’autres formes de LGMD.Au cours de ma thèse, mon travail a été axé d’une part sur l’amélioration des techniques de diagnostic : étudede délétion/duplication dans le gène DYSF par CGH et le développement d’un test permettant d’évaluerl’absence/présence de la dysferline à partir de sang total par des techniques de FACS et d’immunofluorescence.D’autre part j’ai également étudié la pertinence d’approches thérapeutiques. Ainsi, nous avons mis en évidence unelarge délétion homozygote des ¾ du gène DYSF chez une patiente présentant un phénotype modéré dedysferlinopathies. Cette délétion permet cependant la production d’une dysferline tronquée. L’identification decette miniprotéine, la première identifiée à ce jour a permis de mettre en évidence l’aspect en partie modulaire dela dysferline. Une autre donnée sur le caractère modulaire de la dysferline est apparue dans la littérature, cette foismontrant le caractère dispensable de l’exon 32. Sur la base de cette observation clinique, nous avons développéune approche thérapeutique par saut d’exon pour les dysferlinopathies, en démontrant dans un premier temps safaisabilité technique sur l’exon 32.L’ensemble de ces travaux permettront probablement l’amélioration du diagnostic différentiel desdysferlinopathies, tout en fournissant de nouvelles pistes pour comprendre les rôles de la dysferline et offrir ainsides pistes thérapeutiques pour le traitement de patients souffrant de ces pathologies. / Dysferlinopathies are a group of autosomal recessive muscular disorders including mainly limb girdlemuscular dystrophy 2B (LGMD2B) and Miyoshi Myopathy (MM), caused by mutation in DYSF gene (2p13.1-13.3). It is composed by 55 exons spreading on 234 kb of genomic DNA and it is expressed mainly in skeletal and heart muscle and monocytes/macrophages.Dysferlin (2080 amino-acids, molecular weight 237 kDa) belongs to the Ferlin family as Myoferline, which is also expressed in muscle. Dysferlin is involved with Myoferlin in myoblasts fusion and T-tubule formation. In adult skeletal muscle, Dysferlin is localized at the sarcolemma where it plays its main function: the sarcolemma repair after muscular wounding. It has been suggested that Dysferlin allows them to fuse with the plasma membrane in order to provide the required plasma membrane to reseal the wound. During these years, my work was essentially focused on the improvement of diagnosis technique (evaluation of CGH array to detect deletion/duplication event in DYSF gene and development of test able to detect absence/presence of Dysferlin in whole blood), the functional exploration of diagnosis technique (evaluation of CGH array to detect deletion/duplication event in DYSF gene and development of test able to detect absence/presence of Dysferlin in whole blood), and the development of promising therapeutics approaches: AAV gene transfer of a minidysferlin which was identified in patient presenting a mild phenotype and for the first time the demonstration of the feasibility of an exon-skipping therapeutics strategy for dysferlinopathies.

Les virus Hendra (HeV) et Nipah (NiV) sont des virus émergents appartenant à la famille des Paramyxovirus et au genre des Hénipavirus. Chaque année, ils sont responsables de nombreuses épidémies touchant plusieurs espèces animales dont les hommes, avec une forte morbidité et mortalité. À ce jour, aucun vaccin ni traitement ne sont commercialisés. Ce projet porte sur le développement d’un vaccin génétique pour lutter contre une infection par les Hénipavirus. La stratégie suivie, repose sur l’injection in vivo de vecteurs recombinants dérivés du virus Adéno-Associé (AAVr) codant pour la glycoprotéine d’enveloppe G du virus NiV. Une première expérience réalisée chez la souris, a montré qu’une seule injection de vecteurs AAVr par voie IM permet le développement d’une réponse humorale contre la protéine G, forte et stable dans le temps. Afin de tester le pouvoir protecteur de ce vaccin, des hamsters ont été infectés par les Hénipavirus, compte tenu de leur grande sensibilité à ces infections. L’injection de vecteurs AAVr chez ces animaux a permis de protéger 100 % des animaux infectés par le virus NiV et 50 % des animaux infectés par le virus HeV. Cette étude apporte une nouvelle approche de vaccination et de nouvelles perspectives concernant l’utilisation des vecteurs AAVr pour lutter contre des infections virales émergentes. / Nipah virus (NiV) and Hendra virus (HeV) are closely related, recently-emerged Paramyxoviruses, capable of causing considerable morbidity and mortality in several mammalian species, including humans. Commercially available Henipavirus-specific vaccines are still unavailable and development of novel antiviral strategies to prevent this lethal infection is highly desirable. Here we describe the development of Adeno-Associated Virus (AAV) vaccines expressing the NiV G protein. Characterization of these vaccines in mice demonstrated that a single intramuscular AAV injection was sufficient to induce a potent and long lasting antibody response. Translational studies in hamsters further showed that 100 % of vaccinated animals were protected against a lethal challenge with NiV In addition, this vaccine and induced a cross-neutralizing immune response able to protect 50 % of the animals against a challenge HeV. Altogether, this study presents a new vaccination approach which opens new perspectives toward the evaluation of AAV vectors as a vaccine against these emergent diseases.

La thérapie génique peut être définie comme le transfert du gène thérapeutique dans le tissue d’intérêt à l’aide d’un vecteur. A ce jour, les vecteurs dérivés du virus adéno-associés (AAV) représentent les vecteurs de choix pour le transfert de gène in vivo. Cependant, les réponses immunitaires dirigées contre la capside AAV représentent l’obstacle majeur à l’efficacité du transfert de gène médié par le vecteur AAV. Ce travail de thèse a eu pour objectifs de prévenir et d’inhiber la réponse humorale dirigée contre le vecteur AAV. En administrant des nanoparticules contenant de la rapamycine (ou SVP[Rapa]) avec le vecteur AAV, nous avons démontré une inhibition spécifique des réponses humorale et cellulaire dirigées contre la capside AAV. De plus, cette stratégie nous a permis de re-administrer efficacement le vecteur AAV dans des modèles murins et chez le singe. Nos données ont aussi démontré l’élimination des anticorps préexistants dirigés contre le vecteur AAV en administrant SVP[Rapa] avec le bortezomib. Au cours de travail de thèse, nous avons aussi développée et testée l’efficacité des vecteurs AAV associés aux vésicules extracellulaires (vecteurs exo-AAV) à améliorer l’efficacité des vecteurs AAV. En utilisant les vecteurs exo-AAV, nous avons démontré une expression stable et durable du transgène. De plus, les vecteurs exo-AAV ont montré une résistance aux anticorps neutralisants préexistants. Ainsi, au cours de ce projet de thèse des stratégies efficaces ont été développées afin de prévenir et de contrôler les réponses immunitaires dirigés contre le vecteur AAV, permettant ainsi une re-administration efficace du vecteur AAV. / Gene therapy aims to achieve sustained expression of the therapeutic transgene by the introduction of vector cargo into target tissue. To date, viral vectors based on adeno-associated virus (AAV) represent the leading gene delivery tools in vivo. However, immune responses against AAV vector represent the biggest challenge for the widespread use of AAV-based products. In this PhD project, we aimed at the inhibition and prevention of humoral immune responses to AAV capsid. Using nanoparticles containing rapamycin (SVP[Rapa]) given at the time of vector administration, we demonstrated complete abrogation of anti-capsid humoral and cellular immune responses in antigen-specific manner. Using this strategy, we further demonstrated successful vector re-administration in murine models and in non-human primates. Our data also demonstrated elimination of pre-existing antibodies to AAV vector using a combination of SVP[Rapa] and bortezomib. In this PhD thesis project, we also developed and tested the ability of AAV vectors associated with extracellular vesicles (exo-AAV vectors) to enhance AAV vector potency. Using exo-AAV vectors, we demonstrated higher and sustained transgene expression at low vector doses. Exo-AAV vectors also exhibited resistance to neutralization by pre-existing anti-capsid neutralizing antibodies. Thus in this PhD project, powerful strategies have been developed to prevent and control immune responses against AAV vectors, enabling successful AAV vector re-administration.

L’ataxie de Friedreich (AF) est une maladie mitochondriale caractérisée par une ataxie spinocérébelleuse et sensitive, une cardiomyopathie et un diabète. L’AF est due à un déficit en frataxine (FXN), une protéine mitochondriale impliquée dans la synthèse des centres Fe-S et l’homéostasie mitochondriale. L’atteinte cardiaque, pour laquelle il n’existe aucun traitement, est la cause principale de décès. Nous avons montré que l’injection intraveineuse d’un vecteur adéno-associé (AAV) rh10 exprimant la FXN humaine prévient le développement de la cardiomyopathie d’un modèle souris de l’AF mais aussi que l’injection du vecteur à des animaux en insuffisance cardiaque permet la correction complète et rapide du phénotype cardiaque. Ces résultats démontrent la capacité des cardiomyocytes défectueux présentant un défaut bioénergétique à être rapidement corrigés. Nous avons ainsi établi la preuve de concept qu’un traitement par thérapie génique est une approche thérapeutique pertinente pour l’AF. / Friedreich ataxia (FRDA) is a mitochondrial disease with neurodegeneration, hypertrophic cardiomyopathy and diabetes. FRDA is caused by reduced level of frataxine (FXN), an essential mitochondrial protein involved in iron-sulfur cluster biogenesis and mitochondrial homeostasis. Cardiac failure is the most common cause of mortality in FRDA. To date, no treatment exists for FRDA cardiomyopathy. During my PhD, we showed that an adeno-associated vector (AAV) rh10 expressing human FXN injected intravenously not only prevented the onset of the cardiac disease in a faithful FRDA cardiac mouse model, but also, when administered in animals with cardiac failure, reversed rapidly and completely cardiac remodeling and insufficiency. Our results demonstrate the capacity of defective cardiomyocytes with severe energy failure and ultrastructure disorganization to be rapidly corrected and remodeled by gene therapy. Thus, we showed that gene therapy may be a relevant therapeutical approach for FRDA.

Les virus adéno-associés (AAVs) font partie des vecteurs les plus efficaces pour le transfert de gène, en particulier dans la rétine. Ils sont utilisés aussi bien pour des études biologiques que pour la thérapie génique. Malgré cela, il reste encore des barrières qui limitent leur utilisation. Nous proposons ici d’utiliser une technique d’évolution dirigée pour surmonter ces barrières et améliorer l’efficacité des AAVs en tant que vecteurs de gènes. Dans un premier temps, nous avons créé trois librairies virales hautement diversifiées basées sur l’AAV2. Ces librairies étaient constituées de capsides modifiées aléatoirement pour leur donner de nouvelles propriétés. Nous avons ensuite réalisé deux types de sélections. D’une part, nous avons sélectionné nos librairies virales dans le système visuel de la souris pour obtenir une capside capable de transport axonal antérograde trans-synaptique afin de pouvoir étudier simultanément l’activité et la connectivité de réseaux neuronaux. Cette sélection a fortement convergée vers une capside nommée AAV2-7mD, dont la capacité de transport axonal antérograde trans-synaptique est plus efficace que les AAVs 1 et 2. D’autre part, nous avons sélectionné nos librairies virales directement sur des explants de maculas de rétine humaine afin découvrir une capside capable de traverser la membrane limitante interne de la macula humaine. Ceci a pour but d’avoir un vecteur efficace pour des traitements de thérapie génique par voie intra-vitréenne. Cette librairie a commencé à converger mais nous sommes toujours en attente du dernier cycle de sélection. Nous traitons donc dans cette thèse des résultats de deux évolutions dirigées sur l’AAV2 afin de créer des vecteurs de gènes plus performants dans le système visuel. / Adeno-associated viruses (AAVs) are among the most efficient vectors for gene transfer, particularly in the retina. They are used for asking biological questions as well as for gene therapy. Nonetheless, some barriers are still restraining their use. Here, we used a directed evolution method to overcome those barriers and improve the efficiency of AAVs for gene transfer. First, we created three highly diversified viral libraries based on AAV2. Those libraries were based on randomly modified capsids displaying new properties. Then, we did two types of selections. On one hand, we selected our libraries in the retinofugal pathway in order to obtain a capsid with enhanced axonal anterograde trans-synaptic transport capacities, so we could study simultaneously the activity and the connectivity of neuronal networks between the retina and the brain. This selection converged strongly toward a new capsid, named AAV2-7mD, with enhanced axonal anterograde trans-synaptic transport capacities compared to AAV1 and AAV2. On the other hand, we directly selected our viral libraries on human macular explants, to select capsids capable of crossing the human macular inner limiting membrane. Such a capsid would be very useful for retinal gene therapy via intravitreal injections. This library started to converge but we are still waiting to complete the last cycle of selection. In this thesis we discuss the results of these two directed evolution studies on AAV2 to create enhanced gene delivery vectors in the visual system.

L'intérêt de l’utilisation des vecteurs viraux comme le Adeno-Associated Virus recombinant (rAAV) dans la recherche pour le traitement des maladies génétiques a conduit à une évolution rapide des méthodes de production d'AAV au cours des deux dernières décennies (Ayuso et al., 2010). Leur large biodisponibilité in vivo et leur efficacité à long terme dans les tissus postmitotiques en font de bons candidats pour de nombreuses applications de transfert de gènes. En plus, la spécificité du traitement peut être augmentée lorsque le sérotype correct est choisi pour cibler un tissu spécifique. Parmi les méthodes de production actuellement utilisées, la tri-transfection de cellules embryonnaires humaines rénales 293 (HEK293) reste la plus populaire pour l'échelle de recherche; Et la production de rAAV médiée par des baculovirus pour des échelles plus importantes. L'importance croissante des vecteurs viraux dans l'application pratique de la thérapie génique exige l'amélioration des processus de production, en particulier en ce qui concerne les rendements et la pureté du produit final. Mon travail au cours de ces quatre années a été axé sur deux points principaux: (1) améliorer les processus biotechnologiques employés dans la production de rAAV pour la recherche et les échelles d'étude préclinique et (2) tester in vitro et in vivo les applications pour le rAAV dans le l’édition de genome. L'édition de gènes médiée par des nucléases spécialement conçues offre de nouveaux espoirs pour le traitement de plusieurs maladies héréditaires monogéniques. Récemment découvert, le système CRISPR Cas9 (Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats) fournit des outils importants nécessaires pour corriger les mutations par homologie. Notre modèle canonique est la souris mdx, un modèle animal naturel de la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD). Les mutations DMD, qui conduisent à l'absence de protéine dystrophine, entraînent une myopathie progressive et fatale. Plusieurs stratégies, allant des stratégies pharmacologiques aux stratégies de saut-d’éxon, ont tenté de renverser le phénotype et ralentisser la progression de la maladie, mais les résultats ne sont pas encore satisfaisants. Ce nouvel et puissant outil d'édition de génome peut être vectorisé par rAAV. Les résultats de la première partie ont été publiés en 2015 et 2016 et seront présentés sous la forme d'articles et pour la deuxième partie, je présenterai les résultats préliminaires et les perspectives du travail qui se poursuivra dans le laboratoire. / The interest of recombinant Adeno-Associated Virus (rAAV) vectors for research and clinical purposes in the treatment of genetic diseases have led to the rapid evolution of methods for AAV production in the last two decades (Ayuso et al., 2010). Their broad in vivo biodistribution and long-term efficacy in postmitotic tissues make them good candidates for numerous gene transfer applications. In addition, the specificity of the treatment can be increased when the right serotype is chosen to target a specific tissue. Among the production methods currently in use, tri-transfection of human embryonic kidney 293 (HEK293) cells remains the most popular for research scale; and rAAV production mediated by baculoviruses for larger scales. The increasing importance of viral vectors in the practical application of gene therapy demands the improvement of production processes, especially when it concerns the yields and purity of the final product. My work during these four years was focused in two main points: (1) improve biotechnological processes employed in rAAV production for research and pre-clinical study scales and (2) test in vitro and in vivo the applications for rAAV in the field of genome editing. Gene-editing mediated by engineered nucleases offers new hopes for the treatment of several monogenic inherited diseases. Recently discovered, the CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) Cas9 system provides important tools needed to correct by homology-directed repair mutations. Our canonical model is the mdx mouse, a naturally occurring animal model of Duchenne Muscular Dystrophy (DMD). DMD mutations, which lead to the absence of the protein dystrophin, results in a progressive and fatal myopathy. Several strategies, from pharmacological to exon-skipping strategies, have attempt to revert the phenotype and slow down the disease progress, however results are not yet satisfactory. This new and powerful genome editing tool can be vectorized by rAAV. Results for the first part were published in 2015 and 2016 and will be presented in the form of articles and for the second part I will present preliminary results and perspectives for the work that will be continued in the lab.

Recombinant adeno-associated virus vectors are one of the most promising gene delivery tools for applications within gene- and cell therapy. The high level of wild-type adeno-associated virus infections in humans is a limitation due to the pre-existing immunity against the vector or its transgene product. An important tool to develop effective and safe therapies is the ability to measure the pre-existing immune responses against the virus capsids in humans. This master thesis at Gyros Protein Technologies aimed to investigate if the Gyrolab immunoassay system can be used to screen for pre-existing anti-capsid immunity in human sera by optimizing and evaluate three different assay formats: an indirect assay, a generic anti-AAV adsorption assay and a bridging assay. The evaluation focused on immunity against adeno-associated virus serotype 2. All immunoassay formats performed well and depending on application, the different formats offers different advantages. The generic anti-AAV adsorption assay offers the ability to easily screen for several viral serotypes without having to label the capsid, and the bridging assay provides high sensitivity. When screening 31 individual human sera, 58% were positive using the indirect assay and the generic anti-AAV adsorption assay and 65% using the bridging assay format. Provided, is automated and high throughout immunoassays where 16 individuals can be screened in one-two hours. It is shown that all three immunoassay formats can be used to screen for anti-adeno-associated virus antibodies, even though further optimization, cut off development and a larger data set is needed to obtain a fully sophisticated screening tool.

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(理学) / 甲第25150号 / 理博第5057号 / 新制||理||1721(附属図書館) / 京都大学大学院理学研究科生物科学専攻 / (主査)准教授 大石 高生, 教授 中村 克樹, 教授 明里 宏文 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Agricultural Science / Kyoto University / DFAM

<div>In the years to come, a growing global population will require more crop production than ever before. As technological advances improve across all industries, autonomous agricultural vehicles (AAVs) can be part of the solution to the rising demand for food. By improving and transforming conventional farming methods, AAVs have the potential to transform the way farming operations are completed. AAVs are a class of robotic machines that have the ability to complete agricultural tasks without requiring direct and constant control of a human operator. By removing the need for an operator, these agricultural robotic machines allow for new vehicle designs and new opportunities for different vehicle configurations and sizes. </div><div><br></div><div>A simulation model was developed that calculates the energy requirements of AAVs operating on row crops. This deterministic model was used to quantify the energy needs and energy expenditures of agricultural vehicles, and to investigate the effects of using AAVs in lieu of conventional human-operated agricultural machinery.</div><div><br></div><div>The energy model was demonstrated using a pre-defined scenario of a typical row-crop farming operation in the Midwest U.S. The purpose of the case study was to compare a conventional crop production operation with operations that have implemented autonomous machines. Four general vehicle configurations were chosen based on the traction machine size: large tractors (e.g.,~greater than 60 kW), small tractors (e.g.,~less than 60 kW), utility vehicles (e.g.,~John Deere Gator), and single row machines. The complete crop production operation was based on a farm size of 607 ha (1,500 acre) with half the land devoted to corn production. The four main operations were fertilizer application, pesticide spraying, no-till planting, and harvesting.</div><div><br></div><div>First, the energy model was used to compare a whole farm operation with three different machine configurations: using all conventional large machines, using all autonomous large machines, and using all autonomous smaller machines (55 kW tractor). The results show that from an energy standpoint, the most significant savings comes from the decreased amount of agrochemical application associated with AAVs. The total energy consumption of the large tractor AAV configuration is 36% less than the conventional operation (11,081 MJ/ha vs. 7,090 MJ/ha).</div><div><br></div><div>In order to have a better perspective on the effects of using AAVs, further analysis was conducted on an individual operation basis: fertilizing, pesticide spraying, no-till planting, and harvesting. Because AAVs can work 24-hours per day, the fertilizing operation for the single large tractor AAV could be completed in 1.6 working days, as opposed 2.4 working days for the conventional machine. It only required two small tractor AAVs to meet or exceed the performance of the conventional machine, yet for the same amount of money, four to five small tractor AAVs could be purchased.</div><div><br></div><div>The greatest benefit to utilizing AAVs is the intelligent application of pesticide, which can allow for 65--95% reduction in chemical use. The spraying operation highlighted the advantages of large machines (conventional and autonomous), namely speed of operation and width. It takes two small tractor AAVs, seven utility AAVs, or 12 single-row AAVs to match their performance. </div><div><br></div><div>For the no-till planting operation, two small tractor AAVs, seven utility AAVs, or 39 single-row AAVs are required to match the performance of conventional machinery. However, for the same cost as the conventional machine, six small tractor AAVs, 16 utility AAVs, or 55 single-row AAVs could be purchased. The benefit of using higher numbers of AAVs is seen in the amount of time required to complete the planting task, where the swarms of AAVs could finish planting in nearly 1/3 of the time.</div><div><br></div><div>Harvesting was previously analyzed during the whole farm scenario. In general, the energy consumption and costs are relatively the same between the conventional machine and the large AAV. The advantage of the autonomous harvesting is that is can operate continuously throughout the night. Continuous operation is possible for this scenario because corn can be harvested at night. However, soybeans cannot because the onset of dew at dusk does not allow for proper processing of the crop. </div><div><br></div><div>Along with the energy model, crop production efficiency metrics were studied that provided an objective method of analyzing the advantages and disadvantages associated with replacing and/or augmenting conventional farming vehicles with AAVs. Energy-per-unit-area shows the amount of energy that is consumed over the entire field, regardless of the task time required. Because labor energy consumption is insignificant compared to the other three inputs, energy-per-unit-area is also independent of the number of machines simultaneously in use. Working days and machinery capital cost are other metrics that proved beneficial when comparing AAVs to conventional machines.</div><div><br></div><div>Finally, a modeling tool was developed and demonstrated that allows a user to interact with the energy model in an intuitive way. Creating the modeling tool in Microsoft Excel allows for easy distribution to a wide audience, as opposed to using a more expensive software package. The energy model workbook is composed of five spreadsheets that contain instructions, inputs, outputs, and supporting data tables. A GUI was created using Microsoft Excel VBA that lets the user interact with an event-driven program. Data sets can easily be created and modified for the purpose of evaluating different farming operations. Additionally, options within the GUI allow for parameter studies where multiple data sets can be instantly created in order to analyze the effects of changing a single variable. </div>

The Gangliosidoses, to include GM1 gangliosidosis and Sandhoff disease are a class of incurable lysosomal storage disorders characterized by an abnormal accumulation of gangliosides leading to progressive neurodegeneration and eventually death. GM1 gangliosidosis is caused by a genetic defect in the lysosomal-specific acid β-galactosidase, which results in the massive accumulation of ganglioside GM1 primarily in the central nervous system (CNS). Sandhoff disease (SD) results from a defect in the β-subunit of β- Hexosaminidase A and leads to the accumulation of ganglioside GM2 and its asialo derivative (GA2). As there are no effective therapies for these glycosphingolipid (GSL) storage disorders, I studied substrate reduction therapy (SRT), stem cell therapy, and adeno-associated viral (AAV) gene therapy in neonatal mice as early intervention therapies and were effective in reducing CNS GSL storage. In addition, AAV gene therapy was also evaluated in the adult GM1 gangliosidosis mice. Furthermore, analysis of the brain lipids in mice, cats, and humans with Sandhoff disease revealed that the SD cat model is intermediate between the SD mouse and the SD patient with respect to GM2 and GA2 accumulation. These findings are the first to compare the different therapies and provide valuable information for the translation of mouse studies to clinical trials in patients. / Thesis (PhD) — Boston College, 2008. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Biology.