京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(薬学) / 甲第18552号 / 薬博第814号 / 新制||薬||238(附属図書館) / 31452 / 京都大学大学院薬学研究科医療薬科学専攻 / (主査)教授 髙倉 喜信, 教授 橋田 充, 教授 佐治 英郎 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Pharmaceutical Sciences / Kyoto University / DFAM

L’un des principaux défis de la thérapie génique est d’identifier un vecteur sûr capable d’assurer un transfert efficace et une expression soutenue d’un gène d’intérêt thérapeutique dans les cellules cibles. L’émergence de vecteurs plasmidiques de nouvelles générations a permis d’atteindre ces objectifs et de considérer la thérapie génique non virale comme une alternative prometteuse aux vecteurs viraux pour le traitement de maladies génétiques ou acquises. Appartenant à ces nouvelles générations, les dérivés du vecteur pFAR4 sont des miniplasmides dépourvus de gène de résistance à un antibiotique. Leur propagation dans les cellules d’Escherichia coli est basée sur la suppression d’une mutation non-sens de type ambre introduite dans un gène essentiel de la souche productrice, permettant ainsi d’éliminer les risques associés à l’utilisation de gène de résistance à un antibiotique tout en diminuant la taille du vecteur. Le but de cette thèse est d’étudier le potentiel de ces vecteurs dans deux contextes de thérapie génique non virale : Dans une première approche, le potentiel du vecteur pFAR4 a été évalué pour l’expression d’un gène thérapeutique dans le foie de souris. Pour ce faire, un dérivé de ce vecteur exprimant le gène Sgsh à partir d’un promoteur spécifique des hépatocytes et codant la protéine sulfamidase, protéine défectueuse chez les patients souffrant de la maladie de Sanfilippo de type A, a été administré par injection hydrodynamique à des souris. Nous avons montré que le vecteur pFAR4 promeut dans le foie une expression élevée et soutenue de la sulfamidase, qui décline rapidement lorsque le gène Sgsh est administré par un vecteur contenant un gène de résistance à la kanamycine. Dans le cadre de cette étude, il a été établi que le profil d’expression obtenu avec le vecteur pFAR4 n’est pas lié à son insertion dans le génome des hépatocytes mais résulte, de par sa taille réduite, d’une protection contre les phénomènes d’extinction de transgène couramment observés in vivo avec les vecteurs conventionnels. Dans une seconde approche, le vecteur pFAR4 a été combiné à la technologie Sleeping Beauty (SB), dont l’un des constituants majeurs est la transposase hyperactive SB100X qui promeut la transposition d’un transgène, en l’excisant du plasmide qui le porte et en l’insérant dans le génome des cellules hôtes. Cette combinaison a été étudiée in vitro dans des cellules HeLa, en utilisant un transposon contenant soit le gène de résistance à la néomycine soit le gène codant la protéine fluorescente Vénus. Nous avons ainsi montré que le plasmide pFAR4 constituait un vecteur efficace pour les composants du système SB et que la combinaison pFAR4/SB conduisait à un taux de transgénèse augmenté par rapport à une association avec des plasmides conventionnels. Cette efficacité élevée résulte d’un niveau de transfection et d’un taux d’excision augmentés, tous deux favorisés par la taille réduite du plasmide. La combinaison pFAR4/SB devrait prochainement être utilisée pour transférer le gène codant le facteur anti-angiogénique PEDF (Pigment Epithelium-Derived Factor) à des cellules primaires de l’épithélium pigmentaire de la rétine ou de l’iris dans deux essais cliniques (Phase I/II) de thérapie génique ex vivo pour le traitement de la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA). / One of the main challenges in gene therapy is to identify safe vectors that promote an efficient gene delivery and a sustained therapeutic transgene expression level in targeted cells. The development of novel plasmid vectors allowed to reach these objectives and to consider non-viral gene therapy approaches as attractive alternatives to treat genetic and acquired disorders. The pFAR4 vector is a novel antibiotic-free mini-plasmid. In Escherichia coli, its propagation is based on the suppression of an amber nonsense mutation introduced into an essential gene, thus eliminating safety concerns classically attributed to antibiotic resistance markers present on conventional plasmid DNA vectors and allowing a reduction in plasmid size. The aim of this work was to investigate the potential of pFAR4 as a gene vector in two different non-viral gene therapy approaches. In a first approach, the potential of the pFAR4 vector was assessed for the expression of a therapeutic gene in mouse liver. To this end, a pFAR4 derivative expressing the Sgsh gene from a liver-specific promoter and coding the sulfamidase, an enzyme deficient in patients suffering from the Sanfilippo A disease, was tail vein hydrodynamically injected into mouse liver. We showed that the pFAR4 derivative promoted a high and prolonged sulfamidase expression which rapidly declined when the same expression cassette was delivered by a conventional plasmid containing a kanamycin resistance marker. It was established that the superior expression profile obtained with the pFAR4 derivative did not result from its integration in host genome but seemed to benefit from protection against transcriptional silencing. In a second approach, the pFAR4 vector was combined to the Sleeping Beauty transposon system that mediates transgene integration into host genomes, after its excision from a plasmid donor by the hyperactive SB100X transposase, in order to obtain a long-term expression in dividing cells. This combination was studied in vitro, delivering either the neomycin resistance gene or the fluorescent Venus protein-encoding gene into HeLa cells. We showed that the combination pFAR4/SB led to an increased transgenesis rate in comparison to the association of SB with conventional plasmids. The pFAR4/SB combination seemed to benefit from an elevated transfection efficiency and a higher excision rate, resulting from the reduced size of the pFAR4 vector. The two technologies should be soon used for the delivery of the anti-angiogenic pigment epithelium-derived factor (PEDF) gene into autologous primary pigment epithelial cells, in the context of two PhaseI/II clinical trials based on an ex vivo gene therapeutic approach for the treatment of neovascular age-related macular degeneration (nAMD).

Capillary zone electrophoresis is frequently used in various analyses. In this diploma thesis a hydrodynamic sample introduction method controlled by pressure pulse has been proposed for short-capillary electrophoresis. The base electrolyte flushes sample from the loop of a six-way sampling valve and is carried to the injection end of the capillary. At the time when the sample zone reached the capillary, a short pressure impulse is generated in the electrolyte stream, which provides injection of the sample into the capillary. Then the electrolyte flow is stopped and the separation voltage is turned on. The amount of sample introduced to the capillary is controlled by the duration of the pressure pulse. This new sample introduction method was tested in the determination of ammonia, histidine, creatinine, uric acid and hippuric acid in human urine and for rapid screening of the contents of the inorganic ions in cerebrospinal fluid and blood plasma. The determination was performed in a capillary with an overall length of 10,5 cm and two base electrolytes was tested - 50 mM MES + 5 mM NaOH (pH 5,10) and 1 M acetic acid + 1,5 mM crown ether 18-crown-6 (pH 2,40). Using dual detection techniques contactless conductivity and UV spectrometric detection, anorganic and organic substances in the sample could...

Background & Aims: Despite advances in surgical care and chemotherapeutic regimens, the five-year survival rate for Stage IV Hepatoblastoma (HB), the predominant pediatric liver tumor, remains at 27%. YAP1 and β-Catenin co-activation occurs in 80% of children’s HB; however, a lack of conditional genetic models precludes exploration of tumor maintenance and therapeutic targets. Thus, the clinical need for a targeted therapy remains unmet. Given the predominance of YAP1 and β-catenin activation in children’s tumors, I sought to evaluate YAP1 as a therapeutic target in HB. Approach & Results: Herein, I engineered the first conditional murine model of HB using hydrodynamic injection to deliver transposon plasmids encoding inducible YAP1S127A, constitutive β-CateninDelN90, and a luciferase reporter to murine liver. Tumor regression was evaluated using in vivo bioluminescent imaging, and tumor landscape characterized using RNA sequencing, ATAC sequencing and DNA foot-printing. Here I show that YAP1 withdrawal in mice mediates >90% tumor regression with survival for 230+ days. Mechanistically, YAP1 withdrawal promotes apoptosis in a subset of tumor cells and in remaining cells induces a cell fate switch driving therapeutic differentiation of HB tumors into Ki-67 negative “hbHep cells.” hbHep cells have hepatocyte-like morphology and partially restored mature hepatocyte gene expression. YAP1 withdrawal drives formation of hbHeps by modulating liver differentiation transcription factor (TF) occupancy. Indeed, tumor-derived hbHeps, consistent with their reprogrammed transcriptional landscape, regain partial hepatocyte function and can rescue liver damage in mice. Conclusions: YAP1 withdrawal, without modulation of oncogenic β-Catenin, significantly regresses hepatoblastoma, providing the first in vivo data to support YAP1 as a therapeutic target for HB. Modulating YAP1 expression alone is sufficient to drive long-term regression in hepatoblastoma because it promotes cell death in a subset of tumor cells and modulates transcription factor occupancy to reverse the fate of residual tumor cells to mimic functional hepatocytes.