Um dos principais reguladores da síntese proteica é o fator 2 do início da tradução de eucariotos (eIF2), formado por três subunidades não idênticas: a, β, e y. As funções citoplasmáticas da subunidade β, essenciais à integridade do processo, estão relacionadas à presença de dois domínios conservados: um deles composto por três blocos de seis a oito resíduos de lisinas e localizado na região amino terminal; e o outro constituído por quatro cisteínas que formam um motivo dedo de zinco localizado na região carboxiterminal. Em Saccharomyces cerevisiae, a expressão de eIF2β desprovido dos blocos de lisinas foi capaz de inibir o crescimento celular. Entretanto, até o momento não são relatados dados em células de mamíferos. Além de sua fundamental função na regulação do processo de síntese proteica no citoplasma, alguns estudos têm demonstrado que as três subunidades de eIF2 apresentam localização nuclear, mas essa também é uma questão ainda pouco explorada. Os resultados apresentados nessa tese mostram que a expressão de eIF2β desprovido dos blocos de lisinas causa uma redução acentuada na síntese proteica e, consequentemente, uma significativa diminuição da proliferação e viabilidade de células humanas. As análises da distribuição subcelular demonstram que eIF2β selvagem superexpresso está localizado no citoplasma, mas é capaz de translocar para o núcleo e acumular no nucléolo de maneira dependedente de ligação a RNA. Tanto os blocos de lisinas, quanto os resíduos de cisteínas mostram-se essenciais à retenção nucleolar de eIF2β. Além disso, sua exportação nuclear é mediada pela exportina CRM1 e é dependente de sua região amino terminal. Considerando os dados obtidos nesse trabalho, pode-se concluir que a ausência dos blocos de lisinas em eIF2β apresenta um efeito antiproliferativo em célula humanas e que a proteína eIF2β deve desempenhar funções no nucléolo relacionadas a algum processo que envolva ligação a RNA. Nesse contexto, podese observar também que, tal como o eIF2β, vários outros eIFs apresentam localização nuclear e participam em diferentes processos que ocorrem no núcleo, e que podem estar relacionados a um mecanismo de checagem da qualidade de mRNAs recém-sintetizados. Assim, os diferentes eIFs atuam em processos vitais à célula no núcleo e, nesse compartimento, também são importantes à regulação da expressão gênica. / The eukaryotic initiation factor 2 (eIF2) is one of the main regulatory molecules in the protein synthesis. It is composed by three non identical subunits a, β, and y: The cytoplasmic functions of the β subunit, that are essential to the integrity of the process, are related to the presence of two conserved domains: one of them composed of three stretches of six to eight lysine residues and located in the amino-terminal region, and the other consisting of four cysteines that form a zinc finger motif located in the carboxyl-terminal portion. In Saccharomyces cerevisiae, the expression of recombinant eIF2β without of the polylysine stretches was able to inhibit cell proliferation, however no data are reported in mammalian cells so far. Additionaly to its fundamental role in regulating the process of protein synthesis in the cytoplasm, some studies have shown that eIF2 may act in the nucleus, but this issue is also still underexplored. Our results indicate a strong reduction in protein synthesis and consequently a significant decrease in cell proliferation and viability when the eIF2β without polylysine stretches is expressed in human cells. Analysis of cellular distribution of eIF2β indicates that it is located in the cytoplasm, but can translocate to the nucleus and accumulate in the nucleolus in a RNA-dependent manner. Both polylysine stretches and cysteine residues are essential for nucleolar retention of this factor. The eIF2β nuclear exclusion is mediated by exportin CRM1 and is dependent of its amino-terminal region. In conclusion, the results presented here show that the absence of polylysine stretches in human eIF2β has an antiproliferative effect in human cells and that the eIF2β protein should play a role related to some processes involving RNA in the nucleolus. In this context, we can also observe that, like eIF2β, others eIFs also present nuclear localization and participate in different processes in the nucleus which can de related to proofreading mechanism of newly synthesized mRNAs. In this way, several eIFs play a role in vital cellular processes in the nucleus and, in this compartment they also are important to regulation of gene expression.

Um dos principais reguladores da síntese proteica é o fator 2 do início da tradução de eucariotos (eIF2), formado por três subunidades não idênticas: a, β, e y. As funções citoplasmáticas da subunidade β, essenciais à integridade do processo, estão relacionadas à presença de dois domínios conservados: um deles composto por três blocos de seis a oito resíduos de lisinas e localizado na região amino terminal; e o outro constituído por quatro cisteínas que formam um motivo dedo de zinco localizado na região carboxiterminal. Em Saccharomyces cerevisiae, a expressão de eIF2β desprovido dos blocos de lisinas foi capaz de inibir o crescimento celular. Entretanto, até o momento não são relatados dados em células de mamíferos. Além de sua fundamental função na regulação do processo de síntese proteica no citoplasma, alguns estudos têm demonstrado que as três subunidades de eIF2 apresentam localização nuclear, mas essa também é uma questão ainda pouco explorada. Os resultados apresentados nessa tese mostram que a expressão de eIF2β desprovido dos blocos de lisinas causa uma redução acentuada na síntese proteica e, consequentemente, uma significativa diminuição da proliferação e viabilidade de células humanas. As análises da distribuição subcelular demonstram que eIF2β selvagem superexpresso está localizado no citoplasma, mas é capaz de translocar para o núcleo e acumular no nucléolo de maneira dependedente de ligação a RNA. Tanto os blocos de lisinas, quanto os resíduos de cisteínas mostram-se essenciais à retenção nucleolar de eIF2β. Além disso, sua exportação nuclear é mediada pela exportina CRM1 e é dependente de sua região amino terminal. Considerando os dados obtidos nesse trabalho, pode-se concluir que a ausência dos blocos de lisinas em eIF2β apresenta um efeito antiproliferativo em célula humanas e que a proteína eIF2β deve desempenhar funções no nucléolo relacionadas a algum processo que envolva ligação a RNA. Nesse contexto, podese observar também que, tal como o eIF2β, vários outros eIFs apresentam localização nuclear e participam em diferentes processos que ocorrem no núcleo, e que podem estar relacionados a um mecanismo de checagem da qualidade de mRNAs recém-sintetizados. Assim, os diferentes eIFs atuam em processos vitais à célula no núcleo e, nesse compartimento, também são importantes à regulação da expressão gênica. / The eukaryotic initiation factor 2 (eIF2) is one of the main regulatory molecules in the protein synthesis. It is composed by three non identical subunits a, β, and y: The cytoplasmic functions of the β subunit, that are essential to the integrity of the process, are related to the presence of two conserved domains: one of them composed of three stretches of six to eight lysine residues and located in the amino-terminal region, and the other consisting of four cysteines that form a zinc finger motif located in the carboxyl-terminal portion. In Saccharomyces cerevisiae, the expression of recombinant eIF2β without of the polylysine stretches was able to inhibit cell proliferation, however no data are reported in mammalian cells so far. Additionaly to its fundamental role in regulating the process of protein synthesis in the cytoplasm, some studies have shown that eIF2 may act in the nucleus, but this issue is also still underexplored. Our results indicate a strong reduction in protein synthesis and consequently a significant decrease in cell proliferation and viability when the eIF2β without polylysine stretches is expressed in human cells. Analysis of cellular distribution of eIF2β indicates that it is located in the cytoplasm, but can translocate to the nucleus and accumulate in the nucleolus in a RNA-dependent manner. Both polylysine stretches and cysteine residues are essential for nucleolar retention of this factor. The eIF2β nuclear exclusion is mediated by exportin CRM1 and is dependent of its amino-terminal region. In conclusion, the results presented here show that the absence of polylysine stretches in human eIF2β has an antiproliferative effect in human cells and that the eIF2β protein should play a role related to some processes involving RNA in the nucleolus. In this context, we can also observe that, like eIF2β, others eIFs also present nuclear localization and participate in different processes in the nucleus which can de related to proofreading mechanism of newly synthesized mRNAs. In this way, several eIFs play a role in vital cellular processes in the nucleus and, in this compartment they also are important to regulation of gene expression.

Um dos principais reguladores da síntese proteica é o fator 2 do início da tradução de eucariotos (eIF2), formado por três subunidades não idênticas: a, β, e y. As funções citoplasmáticas da subunidade β, essenciais à integridade do processo, estão relacionadas à presença de dois domínios conservados: um deles composto por três blocos de seis a oito resíduos de lisinas e localizado na região amino terminal; e o outro constituído por quatro cisteínas que formam um motivo dedo de zinco localizado na região carboxiterminal. Em Saccharomyces cerevisiae, a expressão de eIF2β desprovido dos blocos de lisinas foi capaz de inibir o crescimento celular. Entretanto, até o momento não são relatados dados em células de mamíferos. Além de sua fundamental função na regulação do processo de síntese proteica no citoplasma, alguns estudos têm demonstrado que as três subunidades de eIF2 apresentam localização nuclear, mas essa também é uma questão ainda pouco explorada. Os resultados apresentados nessa tese mostram que a expressão de eIF2β desprovido dos blocos de lisinas causa uma redução acentuada na síntese proteica e, consequentemente, uma significativa diminuição da proliferação e viabilidade de células humanas. As análises da distribuição subcelular demonstram que eIF2β selvagem superexpresso está localizado no citoplasma, mas é capaz de translocar para o núcleo e acumular no nucléolo de maneira dependedente de ligação a RNA. Tanto os blocos de lisinas, quanto os resíduos de cisteínas mostram-se essenciais à retenção nucleolar de eIF2β. Além disso, sua exportação nuclear é mediada pela exportina CRM1 e é dependente de sua região amino terminal. Considerando os dados obtidos nesse trabalho, pode-se concluir que a ausência dos blocos de lisinas em eIF2β apresenta um efeito antiproliferativo em célula humanas e que a proteína eIF2β deve desempenhar funções no nucléolo relacionadas a algum processo que envolva ligação a RNA. Nesse contexto, podese observar também que, tal como o eIF2β, vários outros eIFs apresentam localização nuclear e participam em diferentes processos que ocorrem no núcleo, e que podem estar relacionados a um mecanismo de checagem da qualidade de mRNAs recém-sintetizados. Assim, os diferentes eIFs atuam em processos vitais à célula no núcleo e, nesse compartimento, também são importantes à regulação da expressão gênica. / The eukaryotic initiation factor 2 (eIF2) is one of the main regulatory molecules in the protein synthesis. It is composed by three non identical subunits a, β, and y: The cytoplasmic functions of the β subunit, that are essential to the integrity of the process, are related to the presence of two conserved domains: one of them composed of three stretches of six to eight lysine residues and located in the amino-terminal region, and the other consisting of four cysteines that form a zinc finger motif located in the carboxyl-terminal portion. In Saccharomyces cerevisiae, the expression of recombinant eIF2β without of the polylysine stretches was able to inhibit cell proliferation, however no data are reported in mammalian cells so far. Additionaly to its fundamental role in regulating the process of protein synthesis in the cytoplasm, some studies have shown that eIF2 may act in the nucleus, but this issue is also still underexplored. Our results indicate a strong reduction in protein synthesis and consequently a significant decrease in cell proliferation and viability when the eIF2β without polylysine stretches is expressed in human cells. Analysis of cellular distribution of eIF2β indicates that it is located in the cytoplasm, but can translocate to the nucleus and accumulate in the nucleolus in a RNA-dependent manner. Both polylysine stretches and cysteine residues are essential for nucleolar retention of this factor. The eIF2β nuclear exclusion is mediated by exportin CRM1 and is dependent of its amino-terminal region. In conclusion, the results presented here show that the absence of polylysine stretches in human eIF2β has an antiproliferative effect in human cells and that the eIF2β protein should play a role related to some processes involving RNA in the nucleolus. In this context, we can also observe that, like eIF2β, others eIFs also present nuclear localization and participate in different processes in the nucleus which can de related to proofreading mechanism of newly synthesized mRNAs. In this way, several eIFs play a role in vital cellular processes in the nucleus and, in this compartment they also are important to regulation of gene expression.

Para produção de vetores virais utiliza-se uma linhagem celular empacotadora (packaging cell line – PCL), que é transfectada com os vetores componentes do sistema. As partículas virais produzidas são, posteriormente, liberadas no sobrenadante de cultura, que é processado, aliquotado e estocado. À exceção de sistemas oncovirais, baseados no vírus da leucemia murina (MLV), não existem PCLs estáveis disponíveis para emprego de vetores baseados em HIV em nível clínico. Desse modo, a transfecção transiente tem sido explorada com o intuito de maximizar a produção de vírus e de minimizar os riscos envolvendo a metodologia. Para tal finalidade, outras linhagens celulares estão sendo testadas como PCL, e variações nos protocolos de transfecção têm sido propostas. Dentro desse contexto, a avaliação da possibilidade de produção de vetores virais em linhagem de célula tronco mesenquimal murina, produzida em nosso laboratório, contribui para a investigação da aplicação potencial dessas células em terapia gênica. Os resultados mostraram que essa linhagem produz vírus em quantidades equivalentes às tradicionais PCL empregadas, sem apresentar aparente efeito sinsicial oriundo da toxicidade de proteínas virais. Tal característica permite que o período de coletas seja expandido, sem comprometimento significativo dos títulos, dentro das normas de biossegurança. Infere-se a partir dessas observações que essa linhagem possa ser uma alternativa interessante como PCL estável. Além dessas características, a sensibilidade à infecção pelos vírus recombinantes sugere que a mesma possa ser também utilizada nos processos de titulação viral. Perspectivas futuras incluem a comparação direta com uma linhagem de célula tronco mesenquimal humana e a caracterização detalhada dos vírus produzidos em ambas linhagens. / The production of viral vectors is done with packaging cell lines (PCL), which are transfected with the vectors composing the viral system. The viral particles produced are liberated in the cell culture medium which is then harvested, processed and stored. Stable PCLs are available for the production, in clinical level, of oncoviral vectors based on Moloney Leukemia Virus; this is not the case, however, for HIV-based vectors. Transient transfection has, thus, been explored with the objective of maximizing virus production and minimizing the risks concerning this methodology. Different cell lines are being tested as PCL and variations in transfection protocols are being proposed. This work aimed at the evaluation of the potential presented by a murine mesenchymal stem cell line, produced in our laboratory, to be employed as PCL for the production of viral vectors. Our results showed that this cell line produces titers as high as the traditional PCL based on 293T cells, and do not present the synsycial effects caused by toxic viral proteins which limits the use of other cell lines. This has allowed extended periods of harvesting, without compromising viral titers. This cell lineage may represent an interesting alternative as stable PCL to be used in retroviral-mediated gene therapy. Besides these aspects, the sensibility to lentivirus infection suggests that it may be used in titering process as well. Future perspectives include the comparison with a human mesenchymal stem cell line and the full characterization of the viruses produced in both lineages.

Les mucopolysaccharidoses (MPS), un sous-groupe des maladies de surcharge lysosomale, sont causées par le défice d'une enzyme lysosomale intervenant dans le catabolisme des glycosaminoglycanes. L'absence de dégradation de ces molécules entraîne leur accumulation dans les lysosomes conduisant à une souffrance cellulaire. La plupart des MPS s'accompagnent de désordres neurologiques. Les formes sévères de MPS I (défice en α-L-iduronidase (IDUA)) se caractérisent par des manifestations neurologiques sévères. Actuellement, les approches thérapeutiques pour les MPSI s'agitent de la greffe de moelle osseuse (GMO) ou de l'injection d'enzyme purifiée (TRE). La greffe de moelle osseuse haplo-identique et géno-identique peut stopperle processus de la maladie y compris la neurodégénérescence mais les taux de mortalité et de morbidité sont élevés. L'enzymothérapie substitutive n'est pas efficace contre les atteintes du système nerveux central (SNC) car l'enzyme ne traverse pas la barrière hématoencéphalique. Les lésions de surcharge lysosomale étant diffuses dans tout le SNC, l'objectif est d'apporter l'enzyme dans la totalité de l'encéphale. Ceci peut se concevoir grâce à la thérapie génique in situ en injectant des vecteurs viraux directement dans le parenchyme cérébral par une méthode stéréotaxique, créant ainsi une source intracérébrale d'enzyme. Les vecteurs AAV sont capables de transduire les neurones et les cellules gliales du SNC. Dans ce travail nous présentons un protocol prè-clinique de thérapie génétique avec des vecteurs AAV2.5-IDUA injectés dans le striatum des souris agées de 6-semaines. L'injection a été bilaterale. Nos résultats indiquent que le transfert de gène induit une expression persistante de l'IDUA dans les cellules et entraîne une disparition des lésions de surcharge. Nous avons démontré l'efficacité et faisabilité de cette approche therapeutique pour traiter les lesions de surchage dans le cerveau des souris MPSI. Ainsi, nous proposons l'association de ce protocol de thérapie génique avec une thérapie systemique (TRE ou GMO), dans un age precoce, comme une approche thérapeutique adéquate et efficace pour le traitement global du MPS I. / As mucopolissacaridoses (MPS) constituem um subgrupo de doenças lisossomais de depósito, causadas pela deficiência em uma enzima lisossomal envolvida no catabolismo de glicosaminoglicanos. A ausência de degradação destas moléculas leva ao seu acúmulo nos lisossomas, conduzindo a um processo de dano ou degeneração celular. A maior parte das MPS apresenta desordens neurológicas. As formas serveras de MPS I [déficite em α-L-iduronidase (IDUA)] caracterizam-se por manifestações neurológicas severas. Atualmente, as abordagens terapêuticas para MPSI resumem-se ao transplante de medula óssea (TMO) e à terapia de reposição enzimática (TRE). O TMO haplo-idêntico ou geno-idêntico pode desacelerar ou mesmo parar o processo patológico, inclusive a neurodegeneração. As taxas de mortalidade e morbidade, entretanto, são elevadas. A TRE não é eficaz contra o comprometimento do sistema nervoso central (SNC), já que a enzima não pode atravessar a barreira hemato-encefálica. As lesões de depósito lisossomal são difusas por todo o SNC. Assim, o objetivo é fornecer a enzima para todo ou quase todo o encéfalo. Isto pode ser alcançado através de terapia gênica in situ, injetando vetores virais diretamente no parênquima cerebral, através de método estereotáxico, criando assim uma fonte intracerebral da enzima. Os vetores derivados de vírus adeno-associados (AAV) são capazes de transduzir os neurônios e as células gliais do SNC. Neste trabalho, nós apresentamos um protocolo pré-clínico de terapia gênica com vetor AAV2.5-IDUA injetado via intra-estriatal, bilateralmente, em camundongos com 6 semanas de vida. Nossos resultados indicam que a transferência gênica induz uma expressão persistente de IDUA nas células e leva à reversão das lesões de depósito lisossomal na quase-totalidade do SNC. Assim, nós demonstramos a eficácia e a viabilidade desta abordagem terapêutica na correção e/ou prevenção das manifestações do SNC em um modelo murino de MPSI. Assim, sugerimos que a associação deste protocolo de terapia gênica com uma terapia sistêmica (ERT ou TMO), em idade precoce, poderia ser uma abordagem terapêutica adequada e eficaz para o tratamento global da MPSI. / Mucopolysaccharidosis (MPS) is a type of lysosomal storage disease, caused by a deficiency in lysosomal enzymes involved in glycosaminoglycan catabolism. The absence of degradation of these molecules leads to cellular damage or degeneration process. The majority of MPSs shows neurological disorders. Severe forms of MPSI (defficiency in α-L-iduronidase (IDUA)) are characterized by severe neurological manifestations. Currently, therapeutic approaches for MPSI are limited to bone marrow transplantation (BMT) and enzyme replacement therapy (ERT). Haplo-identical or geno-identical BMT is able to slow or stop the pathological process, including neurodegeneration. However, mortality and morbitiy rates are high. The ERT is not efficient to correct or prevent central nervous system (CNS) damage, since the enzyme is not able to cross the blood-brain barrier. Storage lesions could be diffusely found in all CNS. Thus, the aim is the widespread delivery of the enzyme for the whole brain. This can be reached through in situ gene therapy, by injecting viral vectors directly in brain parenchyma, through stereotaxical methods, creating a brain source of the enzyme. AAV vectors are able to transduce neurons and glial cells of the CNS. In the present work, we have established a gene-therapy pre-clinical protocol with AAV2.5-IDUA vector which have been administered bilaterally in the striatum of 6-weeks old mice. Our results indicate that gene transfer leads to persistent IDUA expression in the cells and to the reversion of storage lesions in almost all the CNS. We have demonstrated the effectiveness and viability of this therapeutic approach in the correction or prevention of storage lesions in the MPSI mice brain. Thus, we suggest that the association of this gene therapy protocol with systemic therapy (ERT or BMT), in early age, could be an adequate and efective therapeutic approach to the global treatment of MPSI.

Les mucopolysaccharidoses (MPS), un sous-groupe des maladies de surcharge lysosomale, sont causées par le défice d'une enzyme lysosomale intervenant dans le catabolisme des glycosaminoglycanes. L'absence de dégradation de ces molécules entraîne leur accumulation dans les lysosomes conduisant à une souffrance cellulaire. La plupart des MPS s'accompagnent de désordres neurologiques. Les formes sévères de MPS I (défice en α-L-iduronidase (IDUA)) se caractérisent par des manifestations neurologiques sévères. Actuellement, les approches thérapeutiques pour les MPSI s'agitent de la greffe de moelle osseuse (GMO) ou de l'injection d'enzyme purifiée (TRE). La greffe de moelle osseuse haplo-identique et géno-identique peut stopperle processus de la maladie y compris la neurodégénérescence mais les taux de mortalité et de morbidité sont élevés. L'enzymothérapie substitutive n'est pas efficace contre les atteintes du système nerveux central (SNC) car l'enzyme ne traverse pas la barrière hématoencéphalique. Les lésions de surcharge lysosomale étant diffuses dans tout le SNC, l'objectif est d'apporter l'enzyme dans la totalité de l'encéphale. Ceci peut se concevoir grâce à la thérapie génique in situ en injectant des vecteurs viraux directement dans le parenchyme cérébral par une méthode stéréotaxique, créant ainsi une source intracérébrale d'enzyme. Les vecteurs AAV sont capables de transduire les neurones et les cellules gliales du SNC. Dans ce travail nous présentons un protocol prè-clinique de thérapie génétique avec des vecteurs AAV2.5-IDUA injectés dans le striatum des souris agées de 6-semaines. L'injection a été bilaterale. Nos résultats indiquent que le transfert de gène induit une expression persistante de l'IDUA dans les cellules et entraîne une disparition des lésions de surcharge. Nous avons démontré l'efficacité et faisabilité de cette approche therapeutique pour traiter les lesions de surchage dans le cerveau des souris MPSI. Ainsi, nous proposons l'association de ce protocol de thérapie génique avec une thérapie systemique (TRE ou GMO), dans un age precoce, comme une approche thérapeutique adéquate et efficace pour le traitement global du MPS I. / As mucopolissacaridoses (MPS) constituem um subgrupo de doenças lisossomais de depósito, causadas pela deficiência em uma enzima lisossomal envolvida no catabolismo de glicosaminoglicanos. A ausência de degradação destas moléculas leva ao seu acúmulo nos lisossomas, conduzindo a um processo de dano ou degeneração celular. A maior parte das MPS apresenta desordens neurológicas. As formas serveras de MPS I [déficite em α-L-iduronidase (IDUA)] caracterizam-se por manifestações neurológicas severas. Atualmente, as abordagens terapêuticas para MPSI resumem-se ao transplante de medula óssea (TMO) e à terapia de reposição enzimática (TRE). O TMO haplo-idêntico ou geno-idêntico pode desacelerar ou mesmo parar o processo patológico, inclusive a neurodegeneração. As taxas de mortalidade e morbidade, entretanto, são elevadas. A TRE não é eficaz contra o comprometimento do sistema nervoso central (SNC), já que a enzima não pode atravessar a barreira hemato-encefálica. As lesões de depósito lisossomal são difusas por todo o SNC. Assim, o objetivo é fornecer a enzima para todo ou quase todo o encéfalo. Isto pode ser alcançado através de terapia gênica in situ, injetando vetores virais diretamente no parênquima cerebral, através de método estereotáxico, criando assim uma fonte intracerebral da enzima. Os vetores derivados de vírus adeno-associados (AAV) são capazes de transduzir os neurônios e as células gliais do SNC. Neste trabalho, nós apresentamos um protocolo pré-clínico de terapia gênica com vetor AAV2.5-IDUA injetado via intra-estriatal, bilateralmente, em camundongos com 6 semanas de vida. Nossos resultados indicam que a transferência gênica induz uma expressão persistente de IDUA nas células e leva à reversão das lesões de depósito lisossomal na quase-totalidade do SNC. Assim, nós demonstramos a eficácia e a viabilidade desta abordagem terapêutica na correção e/ou prevenção das manifestações do SNC em um modelo murino de MPSI. Assim, sugerimos que a associação deste protocolo de terapia gênica com uma terapia sistêmica (ERT ou TMO), em idade precoce, poderia ser uma abordagem terapêutica adequada e eficaz para o tratamento global da MPSI. / Mucopolysaccharidosis (MPS) is a type of lysosomal storage disease, caused by a deficiency in lysosomal enzymes involved in glycosaminoglycan catabolism. The absence of degradation of these molecules leads to cellular damage or degeneration process. The majority of MPSs shows neurological disorders. Severe forms of MPSI (defficiency in α-L-iduronidase (IDUA)) are characterized by severe neurological manifestations. Currently, therapeutic approaches for MPSI are limited to bone marrow transplantation (BMT) and enzyme replacement therapy (ERT). Haplo-identical or geno-identical BMT is able to slow or stop the pathological process, including neurodegeneration. However, mortality and morbitiy rates are high. The ERT is not efficient to correct or prevent central nervous system (CNS) damage, since the enzyme is not able to cross the blood-brain barrier. Storage lesions could be diffusely found in all CNS. Thus, the aim is the widespread delivery of the enzyme for the whole brain. This can be reached through in situ gene therapy, by injecting viral vectors directly in brain parenchyma, through stereotaxical methods, creating a brain source of the enzyme. AAV vectors are able to transduce neurons and glial cells of the CNS. In the present work, we have established a gene-therapy pre-clinical protocol with AAV2.5-IDUA vector which have been administered bilaterally in the striatum of 6-weeks old mice. Our results indicate that gene transfer leads to persistent IDUA expression in the cells and to the reversion of storage lesions in almost all the CNS. We have demonstrated the effectiveness and viability of this therapeutic approach in the correction or prevention of storage lesions in the MPSI mice brain. Thus, we suggest that the association of this gene therapy protocol with systemic therapy (ERT or BMT), in early age, could be an adequate and efective therapeutic approach to the global treatment of MPSI.

Para produção de vetores virais utiliza-se uma linhagem celular empacotadora (packaging cell line – PCL), que é transfectada com os vetores componentes do sistema. As partículas virais produzidas são, posteriormente, liberadas no sobrenadante de cultura, que é processado, aliquotado e estocado. À exceção de sistemas oncovirais, baseados no vírus da leucemia murina (MLV), não existem PCLs estáveis disponíveis para emprego de vetores baseados em HIV em nível clínico. Desse modo, a transfecção transiente tem sido explorada com o intuito de maximizar a produção de vírus e de minimizar os riscos envolvendo a metodologia. Para tal finalidade, outras linhagens celulares estão sendo testadas como PCL, e variações nos protocolos de transfecção têm sido propostas. Dentro desse contexto, a avaliação da possibilidade de produção de vetores virais em linhagem de célula tronco mesenquimal murina, produzida em nosso laboratório, contribui para a investigação da aplicação potencial dessas células em terapia gênica. Os resultados mostraram que essa linhagem produz vírus em quantidades equivalentes às tradicionais PCL empregadas, sem apresentar aparente efeito sinsicial oriundo da toxicidade de proteínas virais. Tal característica permite que o período de coletas seja expandido, sem comprometimento significativo dos títulos, dentro das normas de biossegurança. Infere-se a partir dessas observações que essa linhagem possa ser uma alternativa interessante como PCL estável. Além dessas características, a sensibilidade à infecção pelos vírus recombinantes sugere que a mesma possa ser também utilizada nos processos de titulação viral. Perspectivas futuras incluem a comparação direta com uma linhagem de célula tronco mesenquimal humana e a caracterização detalhada dos vírus produzidos em ambas linhagens. / The production of viral vectors is done with packaging cell lines (PCL), which are transfected with the vectors composing the viral system. The viral particles produced are liberated in the cell culture medium which is then harvested, processed and stored. Stable PCLs are available for the production, in clinical level, of oncoviral vectors based on Moloney Leukemia Virus; this is not the case, however, for HIV-based vectors. Transient transfection has, thus, been explored with the objective of maximizing virus production and minimizing the risks concerning this methodology. Different cell lines are being tested as PCL and variations in transfection protocols are being proposed. This work aimed at the evaluation of the potential presented by a murine mesenchymal stem cell line, produced in our laboratory, to be employed as PCL for the production of viral vectors. Our results showed that this cell line produces titers as high as the traditional PCL based on 293T cells, and do not present the synsycial effects caused by toxic viral proteins which limits the use of other cell lines. This has allowed extended periods of harvesting, without compromising viral titers. This cell lineage may represent an interesting alternative as stable PCL to be used in retroviral-mediated gene therapy. Besides these aspects, the sensibility to lentivirus infection suggests that it may be used in titering process as well. Future perspectives include the comparison with a human mesenchymal stem cell line and the full characterization of the viruses produced in both lineages.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Medicina, Pós-Graduação em Patologia Molecular, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2017-03-07T15:37:54Z No. of bitstreams: 1 2016_LeonardoAssisdaSilva.pdf: 45220811 bytes, checksum: 82b91a980d6f3f5f5fc0367dde4e22b2 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2017-03-27T14:15:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_LeonardoAssisdaSilva.pdf: 45220811 bytes, checksum: 82b91a980d6f3f5f5fc0367dde4e22b2 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-27T14:15:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_LeonardoAssisdaSilva.pdf: 45220811 bytes, checksum: 82b91a980d6f3f5f5fc0367dde4e22b2 (MD5) / Baculovírus são vírus de DNA de dupla fita circular que infectam insetos, inicialmente utilizados apenas como controle biológico por serem capazes de eliminar insetos-praga associados à agricultura. Nas décadas de 70 e 80, seu potencial como ferramenta para expressão de proteínas heterólogas começou a ser explorado. Hoje, os baculovírus têm sido utilizados amplamente para expressar antígenos de uso vacinal ou diagnóstico e até mesmo utilizados como potenciais vetores de terapia gênica e vacinas de DNA. Sua biossegurança é garantida pelo fato de não serem capazes de se replicar em células de mamífero. Entretanto, são capazes de penetrar nessas células, além de apresentarem propriedades imunoestimulatórias. Deste modo, inúmeras proteínas de importância médica e econômica foram expressas em níveis elevados aplicando desse sistema. Atualmente, não existem indústrias ou empresas nacionais disponíveis para a produção escalonável do antígeno de superfície HBsAg. Perante disso, os insumos são importados tanto para fins vacinais como para o diagnóstico. A vacina anti-rábica altualmente é constituída por suspensões de vírus purificados e inativados com β- propiolactona, representando um risco de manipulação. Portanto, a produção de proteínas virais recombinantes permitiu o desenvolvimento e métodos de diagnóstico e vacinas mais seguras. Neste trabalho foram construídos baculovírus recombinantes contendo os genes do antígeno HBsAg de HBV e de um peptídeo imunogênico derivado da glicoproteína do vírus da Raiva (Pept/G), fusionados à proteína poliederina (POLH) do baculovírus Autrographa californica multiple nucleopolyhedrovirus (AcMNPV). As proteínas recombinantes foram expressas em inseto e culturas de células na forma de agregrados protéicos cristalinos. A proteína recombinante contendo o antígeno HBSAg foi reconhecida por anticorpos anti-HBsAg em testes de imunoensaio (EIA) comerciais. A protéina recombinante contendo o Pept/G foi capaz de estimular o sistema immune de camundongos com sucesso, verificado por meio da proliferação celular in vitro. Desta forma, é possível concluir que proteínas recombinantes derivadas de vírus humanos fusionadas à protéina POLH de baculovírus são uma alternativa para a produção destes antígenos. / Baculovirus are circular double-stranded DNA viruses that infect insects and initially used only as biological control agents for being able to eliminate insect pests associated with agriculture. In the 1970s and 1980s, its potential as a tool for the expression of heterologous proteins began to be explored. Today, baculoviruses have been used extensively to express antigens for vaccine production, diagnostics and even as potential vectors for gene therapy and DNA vaccines. Their biosafety isguaranteed by the fact that baculoviruses are not able to replicate in mammalian cells. However, they can enter these cells and present immunostimulatory abilities. In this way, numerous proteins of medical and economic importance have been expressed at high levels applying this system. Currently, there are no Brazilian-based companies available to produce HBsAg surface antigen in a large scale, and the supplies to produce both vaccines and diagnostic kits are imported from other countries. The rabies vaccine currently consists of purified and inactivated virus suspensions with β-propiolactone, representing a health risk from its manipulation. Therefore, the use of recombinant proteins from viruses allowed the development of safer diagnostic methods and vaccines. In addition, this strategy may reduce the cost of vaccine manufacturing and eventually, contribute towards disease control. In this work, we constructed two recombinant baculoviruses; one containing of sHBsAg antigen gene of HBV and second recombinant containing an immunogenic peptide derived from the rabies virus glycoprotein (Pept/G). Both were fused to the polyhedrin protein (POLH) of the baculovirus Autrographa californica multiple nucleopolyhedrovirus (AcMNPV). Recombinant proteins were expressed in insect cells and in insects in the form of crystalline protein aggregates. The recombinant protein containing the HBSAg antigen was used in commercial immunoassay (EIA) tests and was recognized by the anti-HBsAg antibodies. A recombinant protein containing Pept/G could successfully stimulate the immune system of mice which was verified by cell proliferation in vitro. Thus, it is possible to conclude that recombinant proteins derived from human viruses fused to the baculovírus POLH protein are an alternative to produce diagnostic tests and possible subunit vaccines.

Para produção de vetores virais utiliza-se uma linhagem celular empacotadora (packaging cell line – PCL), que é transfectada com os vetores componentes do sistema. As partículas virais produzidas são, posteriormente, liberadas no sobrenadante de cultura, que é processado, aliquotado e estocado. À exceção de sistemas oncovirais, baseados no vírus da leucemia murina (MLV), não existem PCLs estáveis disponíveis para emprego de vetores baseados em HIV em nível clínico. Desse modo, a transfecção transiente tem sido explorada com o intuito de maximizar a produção de vírus e de minimizar os riscos envolvendo a metodologia. Para tal finalidade, outras linhagens celulares estão sendo testadas como PCL, e variações nos protocolos de transfecção têm sido propostas. Dentro desse contexto, a avaliação da possibilidade de produção de vetores virais em linhagem de célula tronco mesenquimal murina, produzida em nosso laboratório, contribui para a investigação da aplicação potencial dessas células em terapia gênica. Os resultados mostraram que essa linhagem produz vírus em quantidades equivalentes às tradicionais PCL empregadas, sem apresentar aparente efeito sinsicial oriundo da toxicidade de proteínas virais. Tal característica permite que o período de coletas seja expandido, sem comprometimento significativo dos títulos, dentro das normas de biossegurança. Infere-se a partir dessas observações que essa linhagem possa ser uma alternativa interessante como PCL estável. Além dessas características, a sensibilidade à infecção pelos vírus recombinantes sugere que a mesma possa ser também utilizada nos processos de titulação viral. Perspectivas futuras incluem a comparação direta com uma linhagem de célula tronco mesenquimal humana e a caracterização detalhada dos vírus produzidos em ambas linhagens. / The production of viral vectors is done with packaging cell lines (PCL), which are transfected with the vectors composing the viral system. The viral particles produced are liberated in the cell culture medium which is then harvested, processed and stored. Stable PCLs are available for the production, in clinical level, of oncoviral vectors based on Moloney Leukemia Virus; this is not the case, however, for HIV-based vectors. Transient transfection has, thus, been explored with the objective of maximizing virus production and minimizing the risks concerning this methodology. Different cell lines are being tested as PCL and variations in transfection protocols are being proposed. This work aimed at the evaluation of the potential presented by a murine mesenchymal stem cell line, produced in our laboratory, to be employed as PCL for the production of viral vectors. Our results showed that this cell line produces titers as high as the traditional PCL based on 293T cells, and do not present the synsycial effects caused by toxic viral proteins which limits the use of other cell lines. This has allowed extended periods of harvesting, without compromising viral titers. This cell lineage may represent an interesting alternative as stable PCL to be used in retroviral-mediated gene therapy. Besides these aspects, the sensibility to lentivirus infection suggests that it may be used in titering process as well. Future perspectives include the comparison with a human mesenchymal stem cell line and the full characterization of the viruses produced in both lineages.

Les mucopolysaccharidoses (MPS), un sous-groupe des maladies de surcharge lysosomale, sont causées par le défice d'une enzyme lysosomale intervenant dans le catabolisme des glycosaminoglycanes. L'absence de dégradation de ces molécules entraîne leur accumulation dans les lysosomes conduisant à une souffrance cellulaire. La plupart des MPS s'accompagnent de désordres neurologiques. Les formes sévères de MPS I (défice en α-L-iduronidase (IDUA)) se caractérisent par des manifestations neurologiques sévères. Actuellement, les approches thérapeutiques pour les MPSI s'agitent de la greffe de moelle osseuse (GMO) ou de l'injection d'enzyme purifiée (TRE). La greffe de moelle osseuse haplo-identique et géno-identique peut stopperle processus de la maladie y compris la neurodégénérescence mais les taux de mortalité et de morbidité sont élevés. L'enzymothérapie substitutive n'est pas efficace contre les atteintes du système nerveux central (SNC) car l'enzyme ne traverse pas la barrière hématoencéphalique. Les lésions de surcharge lysosomale étant diffuses dans tout le SNC, l'objectif est d'apporter l'enzyme dans la totalité de l'encéphale. Ceci peut se concevoir grâce à la thérapie génique in situ en injectant des vecteurs viraux directement dans le parenchyme cérébral par une méthode stéréotaxique, créant ainsi une source intracérébrale d'enzyme. Les vecteurs AAV sont capables de transduire les neurones et les cellules gliales du SNC. Dans ce travail nous présentons un protocol prè-clinique de thérapie génétique avec des vecteurs AAV2.5-IDUA injectés dans le striatum des souris agées de 6-semaines. L'injection a été bilaterale. Nos résultats indiquent que le transfert de gène induit une expression persistante de l'IDUA dans les cellules et entraîne une disparition des lésions de surcharge. Nous avons démontré l'efficacité et faisabilité de cette approche therapeutique pour traiter les lesions de surchage dans le cerveau des souris MPSI. Ainsi, nous proposons l'association de ce protocol de thérapie génique avec une thérapie systemique (TRE ou GMO), dans un age precoce, comme une approche thérapeutique adéquate et efficace pour le traitement global du MPS I. / As mucopolissacaridoses (MPS) constituem um subgrupo de doenças lisossomais de depósito, causadas pela deficiência em uma enzima lisossomal envolvida no catabolismo de glicosaminoglicanos. A ausência de degradação destas moléculas leva ao seu acúmulo nos lisossomas, conduzindo a um processo de dano ou degeneração celular. A maior parte das MPS apresenta desordens neurológicas. As formas serveras de MPS I [déficite em α-L-iduronidase (IDUA)] caracterizam-se por manifestações neurológicas severas. Atualmente, as abordagens terapêuticas para MPSI resumem-se ao transplante de medula óssea (TMO) e à terapia de reposição enzimática (TRE). O TMO haplo-idêntico ou geno-idêntico pode desacelerar ou mesmo parar o processo patológico, inclusive a neurodegeneração. As taxas de mortalidade e morbidade, entretanto, são elevadas. A TRE não é eficaz contra o comprometimento do sistema nervoso central (SNC), já que a enzima não pode atravessar a barreira hemato-encefálica. As lesões de depósito lisossomal são difusas por todo o SNC. Assim, o objetivo é fornecer a enzima para todo ou quase todo o encéfalo. Isto pode ser alcançado através de terapia gênica in situ, injetando vetores virais diretamente no parênquima cerebral, através de método estereotáxico, criando assim uma fonte intracerebral da enzima. Os vetores derivados de vírus adeno-associados (AAV) são capazes de transduzir os neurônios e as células gliais do SNC. Neste trabalho, nós apresentamos um protocolo pré-clínico de terapia gênica com vetor AAV2.5-IDUA injetado via intra-estriatal, bilateralmente, em camundongos com 6 semanas de vida. Nossos resultados indicam que a transferência gênica induz uma expressão persistente de IDUA nas células e leva à reversão das lesões de depósito lisossomal na quase-totalidade do SNC. Assim, nós demonstramos a eficácia e a viabilidade desta abordagem terapêutica na correção e/ou prevenção das manifestações do SNC em um modelo murino de MPSI. Assim, sugerimos que a associação deste protocolo de terapia gênica com uma terapia sistêmica (ERT ou TMO), em idade precoce, poderia ser uma abordagem terapêutica adequada e eficaz para o tratamento global da MPSI. / Mucopolysaccharidosis (MPS) is a type of lysosomal storage disease, caused by a deficiency in lysosomal enzymes involved in glycosaminoglycan catabolism. The absence of degradation of these molecules leads to cellular damage or degeneration process. The majority of MPSs shows neurological disorders. Severe forms of MPSI (defficiency in α-L-iduronidase (IDUA)) are characterized by severe neurological manifestations. Currently, therapeutic approaches for MPSI are limited to bone marrow transplantation (BMT) and enzyme replacement therapy (ERT). Haplo-identical or geno-identical BMT is able to slow or stop the pathological process, including neurodegeneration. However, mortality and morbitiy rates are high. The ERT is not efficient to correct or prevent central nervous system (CNS) damage, since the enzyme is not able to cross the blood-brain barrier. Storage lesions could be diffusely found in all CNS. Thus, the aim is the widespread delivery of the enzyme for the whole brain. This can be reached through in situ gene therapy, by injecting viral vectors directly in brain parenchyma, through stereotaxical methods, creating a brain source of the enzyme. AAV vectors are able to transduce neurons and glial cells of the CNS. In the present work, we have established a gene-therapy pre-clinical protocol with AAV2.5-IDUA vector which have been administered bilaterally in the striatum of 6-weeks old mice. Our results indicate that gene transfer leads to persistent IDUA expression in the cells and to the reversion of storage lesions in almost all the CNS. We have demonstrated the effectiveness and viability of this therapeutic approach in the correction or prevention of storage lesions in the MPSI mice brain. Thus, we suggest that the association of this gene therapy protocol with systemic therapy (ERT or BMT), in early age, could be an adequate and efective therapeutic approach to the global treatment of MPSI.