La neuropatia diabètica és una de les complicacions més freqüents de la Diabetis Mellitus. És una patologia del sistema nerviós perifèric que causa una incapacitat progressiva important de la funció motora i sensorial en els individus que la pateixen. L'afectació nerviosa es distingeix per una degeneració progressiva de les fibres nervioses i un retard en el procés de regeneració de les fibres danyades. Els símptomes de la neuropatia inclouen pèrdua de sensibilitat, rigidesa, coïssor i en ocasions dolor als peus i mans. La teràpia intensiva amb insulina redueix la incidència de les complicacions de la diabetis però els pacients diabètics continuen desenvolupant neuropatia diabètica a llarg plaç. Els tractaments actuals per la neuropatia diabètica no són efectius i estan orientats principalment a pal·liar el dolor neuropàtic. La teràpia gènica podria ser un tractament alternatiu per aquesta patologia. Els vectors Adeno-associats són uns dels vectors de teràpia gènica interessants per assajos clínics en humans, ja que són capaços de dirigir l'expressió del transgen a llarg plaç, mantenint-se de forma episomal a la cèl·lula hoste. A més no presenten toxicitat associada al virus silvestre, el que augmenta la bioseguretat d'aquests vectors i es poden produir a títols alts. La recent descripció de nous serotips de vectors Adeno-associats, els quals entren a les cèl·lules humanes mitjançant diferents receptors cel·lulars, ha obert la possibilitat de delimitar selectivament la infecció de diferents tipus cel·lulars dins d'un mateix òrgan. Amb la finalitat de caracteritzar vectors com a eines de teràpia gènica eficients per neuropatia diabètica es van utilitzar els serotips AAV1 i AAVrh10 per infectar cultius organotípics de ganglis de l'arrel dorsal (DRG) de ratolí. Ambdós vectors van mostrar un tropisme preferencial per neurones sensorials petites, correlacionant després amb el tipus de neurones transduïdes més eficientment mitjançant injecció intratecal in vivo en ratolins. L'estabilitat dels vectors AAV1 i AAVrh10 in vivo es va confirmar fins a setmana 10, duració màxima de l'experiment. No obstant l'eficiència d'AAVrh10 era molt superior a la d'AAV1 tant a neurones sensorials com motores, aconseguint un percentatge de transducció al voltant del 50% en DRG i del 30% en motoneurones amb el serotip rh10. A més a més, s'ha demostrat que AAV1 és més immunogènic que AAVrh10 quan s'injecten a líquid cefaloraquidi, doncs l'administració d'AAV1 genera un títol molt més elevat d'anticossos neutralitzants en sang contra aquest serotip. Com a assaig preclínic de teràpia gènica es van administrar els vectors AAV1 i AAVrh10 codificant per el factor de creixement similar a la insulina I (IGF-I) o codificant per la proteïna GFP com a control, en el líquid cefaloraquidi d'un model murí per neuropatia diabètica, que combina diabetis induïda amb estreptozotozina (STZ) junt amb lesió a nervi ciàtic (crush). IGF-I és un factor de creixement que juga un paper important en la supervivència i diferenciació de neurones, oligodendròcits i cèl·lules de Schwann i també en la formació de la mielina. Aquest factor de creixement ha estat utilitzat com a tractament d'una gran varietat de patologies del sistema nerviós, incloent neuropaties diverses, degut a la seva acció com a potent agent en la supervivència i diferenciació cel·lular. L'anàlisi molecular dels nervis perifèrics dels animals tractats amb AAV-IGF-I mostrava un augment de l'expressió del gen terapèutic IGF-I, que correlacionava amb l'activació de la via de senyalització d'aquest factor de creixement, així com dels gens implicats en la regeneració (GAP43) o els gens relacionats amb la mielina (P0, PMP22, MAG, MBP), en comparació amb els animals control. A diferència d'AAV1, AAVrh10 mostrava expressió del transgen també en neurones motores de la medul·la espinal. La correlació entre les dades bioquímiques obtingudes i els tests neurofisiològics realitzats en els animals injectats amb AAV-IGF-I, va permetre observar una millora de la velocitat de conducció nerviosa sensorial en els animals tractats amb AAV1-IGF-I i una millora de la velocitat de conducció nerviosa sensorial i motora en els animals transduïts amb AAVrh10-IGF-I, respecte els animals diabètics control. Per tant, l'administració intratecal dels vectors AAV1 i principalment AAVrh10 codificant per IGF-I ofereixen una visió prometedora pel tractament o prevenció de les neuropaties perifèriques, en general, i de la neuropatia diabètica, en concret. / Diabetic neuropathy is one of the most common complications of diabetes mellitus. It is a peripheral nervous system disease that causes a progressive inability of sensory and motor nerve function in diabetic patients. Abnormalities are characterized by progressive degeneration of nerve fibres and a delay in the regeneration process of damaged fibres. Symptoms of neuropathy include loss of sensitivity, stiffness, burning sensation and sometimes pain in feet and hands. Intensive insulin therapy reduces the incidence of complications in diabetic patients but diabetic neuropathy continues to develop at long-term. Current treatments for diabetic neuropathy are not effective and are targeted primarily to alleviate neuropathic pain. Gene therapy could be an alternative treatment for this disease. Adeno-associated (AAV) vectors are interesting gene therapy vectors for human clinical trials since they are capable of directing expression of the transgene in the long term, maintained as episomal in the host cell nuclei. Besides, they do not show toxicity associated with wild-type virus, which increases the bio-safety of these vectors, and they can be produced at high titters in the laboratory. The recent description of new serotypes of adeno-associated vectors, which enter the human cells by different cellular receptors, has opened the possibility to selectively infect particular cell types in a defined organ. In order to characterize AAV vectors as tools for gene therapy for diabetic neuropathy, AAV1 and AAVrh10 serotypes were used to infect organotypic cultures of mouse dorsal root ganglia (DRG). Both vectors showed a preferential tropism for small sensory neurons, correlating with the type of neurons more efficiently transduced by intrathecal injection in mice. The stability of AAV1 and AAVrh10 vectors in vivo were confirmed up to 10 weeks, maximum duration of the experiments. However, AAVrh10 efficiency was significantly higher than AAV1, both in motor and sensory neurons, reaching transduction levels of about 50% in DRG neurons and 30% in motoneurons with serotype rh10. In addition, we have demonstrated that AAV1 is more immunogenic than AAVrh10 when injected into the cerebrospinal fluid, as administration of AAV1 generates significantly higher titre of circulating neutralizing antibodies against this serotype in blood. As a preclinical trial of gene therapy, was administered AAV1 and AAVrh10 vectors coding for insulin-like growth factor I (IGF-I) or for green fluorescent protein (GFP), as a control, in the cerebrospinal fluid of a mouse model for diabetic neuropathy, combining streptozotozin-induced diabetes with sciatic nerve injury (crush). IGF-I is a growth factor that plays an important role in the survival and differentiation of neurons, oligodendrocytes and Schwann cells and in the formation of myelin. This growth factor has been used to treat a variety of diseases affecting the nervous system, including various neuropathies, due to its role in cell differentiation and survival. Molecular analysis of the peripheral nerves of animals treated with AAV-IGF-I showed increased expression of the therapeutic gene, IGF-I, which correlates with activation of the signalling pathway of this growth factor and genes involved in regeneration (GAP43) or myelin-related genes (P0, PMP22, MAG, MBP), compared with control animals. Unlike AAV1, AAVrh10 also showed expression of the transgene in motor neurons of the spinal cord. The correlation between data obtained from biochemical and neurophysiological tests conducted in animals injected with AAV-IGF-I, showed an improvement in sensory nerve conduction velocity in mice treated with AAV1-IGF-I and improved motor and sensory nerve conduction velocity in animals transduced with AAVrh10-IGF-I, compared to control diabetic animals. Therefore, intrathecal administration of AAV1 and, mainly, AAVrh10 vectors coding for IGF-I offer a promising approach for the treatment or prevention of peripheral neuropathies, in general, and diabetic neuropathy, in particular.

La diabetis mellitus és una malaltia metabòlica molt freqüent, que comprèn una gran varietat de síndromes amb diferents etiologies i afecta en total a un 2-7% de la població mundial. Aquesta malaltia es caracteritza, bàsicament, per una hiperglucèmia deguda a la manca d'insulina o bé a una alteració en l'acció de l'hormona. Al nostre laboratori estem desenvolupant aproximacions per reduir la hiperglucèmia diabètica mitjançant la manipulació genètica de teixits extrapancreàtics per tal que captin glucosa. Per comprovar in vivo la validesa d'aquestes aproximacions hem dut a terme estudis en diferents models d'animals transgènics i genosuprimits.El múscul esquelètic és el principal teixit implicat en la captació de glucosa sanguínia després d'una ingesta, eliminant al voltant d'un 75% del sucre. El teixit muscular capta glucosa per difusió facilitada de forma dependent i independent de la insulina. Per tant, com a conseqüència de la manca d'insulina en la diabetis tipus 1 o de la resistència a l'hormona en la diabetis tipus 2, el múscul esquelètic és incapaç de captar glucosa de la sang.En el nostre laboratori s'havien generat ratolins transgènics que expressen l'enzim hepàtic glucoquinasa en múscul esquelètic. Aquests ratolins presenten un increment en la captació i utilització de la glucosa, però romanen hiperglucèmics en alimentació després del tractament amb STZ. Aquest fet podria ser degut a una alteració en el transport de la glucosa cap a l'interior de la cèl.lula muscular. Així, en aquest treball hem obtingut ratolins transgènics que expressen ambdós, el transportador GLUT2 i l'enzim GK, en múscul esquelètic, amb la finalitat d'incrementar el transport i la fosforilació de la glucosa. Això es va realitzar per tal d'estudiar si la coexpressió d'aquestes proteïnes resultava en una normalització de la hiperglucèmia diabètica. No obstant, els resultats obtinguts indiquen que l'expressió de GLUT2 en múscul esquelètic de ratolins MLC/GK tractats amb STZ no millora els resultats obtinguts amb ratolins que expressen únicament GK a múscul. En canvi, i contràriament als ratolins control diabètics, hem demostrat que petites dosis d'insulina exògena permeten aconseguir una normalització de la glucèmia en animals diabètics que expressen GK en múscul esquelètic.Per altra banda, també s'han manipulat cèl.lules musculars en cultiu per tal que expressin l'enzim GK i estudiar si el transplantament d'aquestes cèl.lules a ratolins tractats amb STZ permet aconseguir una contrarrestació o una prevenció de la hiperglucèmia diabètica. Els resultats presentats en aquesta memòria mostren que els mioblasts C2C12 que expressen GK presenten un increment en la captació de glucosa de forma dependent de la concentració extracel.lular del sucre. Així, quan aquestes cèl.lules són transplantades a ratolins tractats amb STZ, els animals presenten una disminució de la hiperglucèmia diabètica degut a un increment en la captació i utilització de la glucosa per part de l'implant. Per tant, això podria constituir una aproximació ex vivo per tal d'incrementar l'eliminació de glucosa sanguínia en la diabetis tipus 1.Les causes de l'aparició de diabetis tipus 2 encara són desconegudes, però es creu que interaccionen la susceptibilitat genètica i una sèrie de factors ambientals, principalment la dieta i l'activitat física. En el present estudi hem investigat l'efecte de l'expressió de GK en múscul esquelètic de ratolins models de resistència a la insulina. Per dur a terme això hem utilitzat dues aproximacions diferents: per una banda, s'ha expressat GK en múscul esquelètic d'un model de resistència a la insulina obtingut per combinació d'una alteració genètica a la via de senyalització de l'hormona, concretament una genosupressió parcial de l'IRS-1 (IRS-1+/-), juntament amb una dieta d'alt contingut en lípids. Per altra banda s'ha electrotransferit in vivo el gen de la GK a múscul esquelètic d'animals IRS-1-/-, un model de resistència a la insulina sense obesitat prèviament descrit i caracteritzat (Araki, 1994; Tamemoto, 1994). Així, els resultats obtinguts en aquesta part de l'estudi suggereixen que l'expressió de GK en múscul esquelètic permetria una millora en la sensibilitat a la insulina en aquests dos models de resistència a l'hormona. Per tant, l'expressió de GK en múscul esquelètic també podria resultar una bona aproximació per tal d'incrementar la captació de glucosa i incrementar la sensibilitat a la insulina en la diabetis tipus 2. / Diabetes mellitus is the most common of all metabolic disorders, and comprises a great variety of disorders with different aetiologies. This disorder is mainly characterized by hyperglycemia due to a lack of insulin or a defect in insulin activity in peripheral tissues. Increased glucose disposal by tissues engineered to express key regulatory genes in glucose transport or phosphorylation can reduce diabetic hyperglycemia. To investigate this approach in vivo, we performed studies in different transgenic and knock-out animal models. Skeletal muscle is the major site for insulin-mediated whole-body glucose disposal and it has been stimated to account for about 75% of glucose uptake after a meal. To reduce or delay the development of secondary complications, diabetic hyperglycemia might be decreased by engineering skeletal muscle to increase glucose transport and/or glucose phosphorylation. In our laboratory, transgenic mice expressing glucokinase in skeletal muscle were obtained. These mice showed an increase in glucose uptake and utilization, and a partial reduction in diabetic hyperglycemia after streptozotocin-treatment, but glucokinase expression did not restore normal glycemia. A decrease in glucose transport might impair glucokinase-induced glucose phosphorylation in these animals. Here we examined whether the expression of the glucose transporter 2 (GLUT2) in skeletal muscle increases glucose uptake and counteracts diabetic hyperglycemia. To this end, transgenic mice expressing both glucokinase and GLUT2 genes in skeletal muscle were obtained. However, our results showed that GLUT2 expression in skeletal muscle doesn't increase glucose uptake in streptozotocin-treated transgenic mice expressing glucokinase. Furthermore, injection of low doses of soluble insulin to fed streptozotocin-treated GLUT2/glucokinase-expressing or glucokinase-expressing mice restored normoglycemia, indicating that these mice were more sensitive to the hormone treatment as the streptozotocin-treated control diabetic mice. Furthermore, here we examined whether genetically manipulated glucokinase (GK)-expressing muscle cells could remove excess glucose from blood, without causing hypoglycemia, as a new ex vivo gene therapy approach to diabetic hyperglycemia. After streptozotocin treatment, mice transplanted with GK-expressing myotubes counteracted hyperglycemia, whereas mice transplanted with control myotubes developed diabetes. These results suggest that the use of GK-expressing myotubes may be a suitable approach to reduce diabetic hyperglycemia.Although the aetiology of type 2 diabetes is unclear, both genetic factors and environmental factors (high-energy diets combined with a sedentary lifestyle) seem to contribute to the onset of this disease. In type 2 diabetes, glucose phosphorylation, a regulatory step in glucose utilization by skeletal muscle, is impaired. Here we investigated the effect of GK expression in skeletal muscle in insulin resistance animal models. To this aim, we have studied two different approaches:first, we expressed GK in skeletal muscle in an insulin resistance animal model obtained by combining a genetic alteration in insulin's signal transduction pathway (a targeted partial disruption of the IRS-1 gene, IRS-1+/-), with a high fat diet. Furthermore, GK gene was electrotransfered invivo to skeletal muscle of IRS-1-/- knock-out mice, an insulin resistance animal model without obesity which was previously described and characterized (Araki, 1994; Tamemoto, 1994). Our results indicate that the increase in glucose phosphorylation by GK gene expression in skeletal muscle may lead to an increase in insulin sensitivity in this two different animal models. Therefore, GK expression in skeletal muscle may be a therapeutic approach to increase glucose uptake and to improve insulin sensitivity in type 2 diabetes.

El càncer de pròstata és el càncer majoritàriament diagnosticat en homes adults i la segona causa de mort, després del càncer de pulmó. Els tractaments convencionals com la prostatectomia radical, radioteràpia i quimioteràpia tan sols funcionen en la malaltia localitzada, essent el desenvolupament de metàstasis la principal causa de mort dels pacients. Per tant, és necessària la cerca de noves teràpies que millorin l'eficàcia dels tractaments del càncer de pròstata, sobretot en presència de focus metastàtics en altres òrgans. En aquest sentit, la teràpia gènica - que consisteix en la transferència de material genètic per a substituir, restablir o potenciar les funcions biològiques de cèl·lules i teixits- s'ha proposat com una alternativa al tractament del càncer de pròstata. La majoria dels protocols de teràpia gènica en càncer de pròstata utilitzen la injecció intratumoral, que limita la teràpia als tumors localitzats, sent necessària l'administració sistèmica del vector terapèutic per tal d'arribar a la malaltia disseminada. Per a poder administrar sistèmicament un vector cal evitar la transferència del transgen als teixits i cèl·lules no diana i, per tant, aquest vector haurà d'estar específicament dirigit a aquests. Els Adenovirus són els vectors més utilitzats tant en teràpia gènica del càncer com en teràpia gènica del càncer de pròstata ja que presenten una elevada transferència del transgen sense introduir el seu genoma al de la cèl·lula hoste, poden transportar fragments grans de DNA i es poden infectar una gran varietat de cèl·lules i teixits. Aquest extens tropisme és alhora que una avantatge una limitació ja que es pot produir la infecció de cèl·lules i teixits no diana degut a l'expressió ubiqua del seu receptor primari: el Coxsackie's and Adenovirus Receptor (CAR). Així doncs, el direccionament específic d'aquests vectors és de gran interès. En aquest treball, mitjançant el cribratge in vitro de la llibreria de Phage Display PhD-C7C sobre cèl·lules de càncer de pròstata metastàtic (PC3MM2) hem seleccionat 3 seqüències peptídiques (CTPQNTTMC, CYPSRSPLC i CPLHQRPMC) que han demostrat una major eficiència d'unió a les variants metastàtiques de càncer de pròstata que a les altres línies cel·lulars analitzades. Per tal de determinar si aquestes seqüències podrien ser funcionals pel direccionament específic de vectors terapèutics, les hem introduït a l'HI loop de la fibra de l'Adenovirus 5. Hem obtingut 3 Adenovirus recombinants: l'AdTLCTPQ (amb la seqüència CTPQNTTMC a l'HI loop), l'AdTLCYPS (amb la seqüència CYPSRSPLC a l'HI loop) i l'AdTLCPLH (amb la seqüència CPLHQRPMC a l'HI loop) i hem comprovat la seva infectivitat tant en sistemes in vitro com in vivo. Tot i que no hem obtingut diferències estadísticament significatives en la infecció de tumors i metàstasis en sistemes in vivo, els resultats obtinguts in vitro demostren que l'AdTLCTPQ i l'AdTLCPLH poden infectar les cèl·lules emprant un receptor diferent a CAR i que, per tant, utilitzant un vector terapèutic adequat, aquestes seqüències podrien ser funcionals pel direccionament de vectors terapèutics. / Prostate cancer is most commonly diagnosed in adult men and is the second cause of death after lung cancer. Radical prostatectomy, radiotherapy and chemotherapy only are effective in localized disease, being metastasis the principal cause of patient's death. Therefore, it's necessary the development of novel therapies to improve prostate cancer treatment. Gene therapy -which consists in the transfer of genetic material to restore, promote or replace biological functions of cells and tissues- has been proposed as an alternative to prostate cancer treatment. The major part of prostate cancer gene therapy studies use intratumoral injection, limiting the therapy to localized disease and being necessary the systemic administration to reach disseminated disease. In order to administrate systemically a vector it is necessary to avoid transgen transfer to non-target cells, and so it will have to be specifically directed to target cells.Adenoviruses are the vectors more used in cancer gene therapy and in prostate cancer gene therapy because present an elevated transgen transfer, can accommodate large DNA fragments and can infect a large variety of cells and tissues. This extended tropism is an advantage but a limitation too because non-specific transgen transfer due to ubiquitous expression of the primary receptor: Coxsackie's and Adenovirus Receptor (CAR). So on, there's a big interest in specific targeting of these vectors.In this work, through the screening in vitro of the Phage Display library PhD-C7C on metastatic prostate cancer cells PC3MM2, we have selected 3 peptide sequences (CTPQNTTMC, CYPSRSPLC and CPLHQRPMC) that have demonstrate a higher binding efficiency to metastatic prostate cancer cells than to the rest of cell lines analyzed. To determine if these peptide sequences could be functional in specific targeting of therapeutic vectors we have introduced them into the HI loop of Ad5 fiber. We have generate 3 recombinant adenoviruses: AdTLCTPQ (CTPQNTTMC sequence into the HI loop), AdTLCYPS (CYPSRSPLC sequence into the HI loop) and AdTLCPLH (CPLHQRPMC sequence into the HI loop) and analyzed its infectivity in vitro and in vivo. Although we have not observed and increase in tumor and metastasis infectivity in vivo, in vitro results demonstrate that AdTLCTPQ and AdTLCPLH can transduce cells using a CAR independent pathway and, so on, using an adequate therapeutic vector these sequences could functions as target specific peptides.

n aquest estudi s'ha dut a terme una nova aproximació de teràpia gènica per a la diabetis basada en l'expressió conjunta d'insulina i de glucoquinasa en el múscul esquelètic utilitzant vectors virals adenoassociats de tipus 1 (AAV1). Els ratolins diabètics tractats amb els vectors AAV1-Ins+GK varen recuperar i mantenir la normoglucèmia, tant en condicions d'alimentació com de dejú, al llarg de més de 4 mesos després de la inducció de diabetis experimental. A més, es va observar una normalització de la tolerància a la glucosa i de la ingesta de menjar i d'aigua. Així doncs, l'acció conjunta de la producció basal d'insulina i de l'activitat de la glucoquinasa haurien generat en el múscul esquelètic un "sensor" de la glucosa que permetria la correcta regulació de la glucèmia en ratolins diabètics, evitant així l'aparició de complicacions secundàries.Un dels principals reptes en el camp de la teràpia gènica és el pas dels protocols de transferència gènica des de models murins fins a models animals grans, com ara gossos. Per això, l'última part d'aquest estudi ha pretès iniciar els primers passos en aquesta direcció. L'administració d'un vector AAV1-Ins al múscul esquelètic d'un gos diabètic ha permès, en primer lloc, establir les condicions per a la transferència de vectors a múscul esquelètic de gossos diabètics; i en segon lloc, ha evidenciat la viabilitat d'aquest tractament per contrarestar la hiperglucèmia en condicions de dejuni, i per millorar-ne la tolerància a la glucosa. Així doncs, els estudis realitzats en ratolins han demostrat l'eficàcia a llarg termini del tractament basat en l'ús de vectors adenoassociats per a la producció d'insulina i de glucoquinasa en el múscul esquelètic per contrarestar la hiperglucèmia diabètica i prevenir així l'aparició de complicacions secundàries. D'altra banda, els estudis portats a terme en un model caní han posat de relleu l'efectivitat preclínica de la tècnica en grans animals, com a pas previ al desenvolupament d'assajos clínics. / In this study we designed a new gene therapy approach based on the expression of insulin together with glucokinase in skeletal muscle using adenoassociated virus vectors of serotype 1 (AAV1). AAV-treated diabetic mice completely restored blood glucose levels in fed and in fasted conditions for more than 4 months after diabetes induction. Moreover, the animals normalized glucose tolerance, as well as food and fluid intake. Thus, insulin action together with glucokinase activity have generated a glucose sensor in skeletal muscle that allows tight regulation of glucose levels in diabetic mice, avoiding long term secondary complications.One of the main goals in gene therapy field is to scale up gene transfer protocols from mice to large animal models, such as the dog. For this reason, the last part of this study aimed to develop the first steps in this direction. AAV1 administration of the insulin transgene to skeletal muscle in a diabetic dog established first, the conditions for gene transfer in skeletal muscle of a large animal model and secondly, have shown evidence of the ability of this treatment to counteract diabetic hyperglycemia in fasted conditions and to ameliorate glucose tolerance.In summary, the presented studies in mice have demonstrated the long term efficacy of the treatment using AAV vectors to produce insulin and glucokinase in skeletal muscle to counteract diabetic hyperglycemia and prevent secondary complications. On the other hand, the studies presented in the large animal model demonstrated the preclinical efficacy of the treatment in dogs as a first step towards clinical trials.

La terapia génica nació a principios de los años 90 como una estrategia para la sustitución de genes defectuosos en determinadas células o tejidos en el ámbito de las enfermedades hereditarias, aunque desde entonces se han desarrollado múltiples estrategias para tratar enfermedades adquiridas, que incluyen diferentes tipos de cáncer o enfermedades autoinmunes como la esclerosis múltiple (EM). La EM es una enfermedad crónica, inflamatoria y desmielinizante del sistema nervioso central (SNC), mediada por células T CD4+, que produce parálisis y discapacidad. La encefalomielitis autoinmune experimental (EAE) es el modelo animal de la EM, con la que comparte múltiples características clínicas e histopatológicas.La creación de quimerismos moleculares mediante la expresión de transgenes en el sistema hematopoyético se ha asociado a la tolerización por parte del sistema inmune frente a estos transgenes. En este trabajo proponemos expresar un autoantígeno candidato de la EM (el péptido 40-55 de la glicoproteína mielínica de los oligodendrocitos) en el sistema hematopoyético murino con la finalidad de inducir tolerancia frente a éste.Utilizando procedimientos lo más cercanos posible a la clínica humana, hemos comprobado que la creación de quimerismo molecular utilizando el autoantígeno previene muy eficazmente la enfermedad, mientras que en animales con EAE establecida, la transferencia de células hematopoyéticas expresando el autoantígeno mejora significactivamente la enfermedad, si bien en este caso observamos que no se producía quimerismo molecular estable ya que las celulas infundidas que expresaban el autoantígeno eran rechazadas, probablemente debido a la inmunización previa.Esto nos indujo a hipotetizar que la mieloablación no es necesaria y que el efecto terapéutico no era debido a células con capacidad de repoblación sino a células mieloides que expresan el autoantígeno y que tendrían capacidad tolerogénica in vivo.Así, comprobamos experimentalmente que el beneficio terapéutico se producía también en ratones con EAE no sometidos a mieloablación alguna, lo que permitiría obviar por completo el uso de tratamientos de acondicionamiento y haría más factible la aplicabilidad clínica de este tipo de estrategia terapéutica.Para investigar los mecanismos por los cuales se induce tolerancia específica en este modelo, se estudió el patrón de citocinas de los ratones tratados terapéuticamente. Se hallaron niveles más elevados de IL-10 e IL-5 en los cultivos deesplenocitos de los ratones tratados con el autoantígeno, dos citocinas que, entre otras, son secretadas por células T reguladoras de tipo 1 (Tr1). Estos resultados nos sugieren una posible implicación de este tipo celular en la inducción de tolerancia conseguida en este modelo.Además, a raíz de estos experimentos hemos descubierto que el nivel de expresión de un transgén potencialmente inmunogénico (EGFP) en el contexto del trasplante hematopoyético en ratones sometidos a mieloablación parcial encondiciones parcialmente mieloablativas pero en ausencia de inmunosupresion, puede ser determinante en la induccion de una respuesta inmune frente a las células transducidas. También hemos demostrado que la respuesta celular in vitro frente a células transducidas es igualmente dependiente del nivel de expresión del transgén. / Hematopoietic gene therapy is a promising strategy to treat hereditary diseases. In addition, many strategies have been developed to induce tolerance in autoimmune diseases such as multiple sclerosis (MS). MS is a chronic, inflamatory and demyelinating disease of the central nervous system (CNS) mediated mainly by CD4+T cells, that produces discapacity and paralysis. Experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE), the animal model for MS, shares clinical and histopathological features with the human disease.Molecular chimerism using hematopoietic cells expressing transgenes is usually associated with tolerance induction to transgene products. In this work we hypothesized that the expression of a candidate autoantigen (the MOG40-55 peptide) inthe murine hematopoietic system would induce specific tolerance in the EAE model.We found that EAE was strongly prevented when molecular chimerism was established prior to EAE induction. On the other hand, when EAE was already established, the transfer of BMC expressing the autoantigen ameliorated EAE clinical outcome and the CNS histopathological lesions. In this therapeutic approach, molecular chimerism was not detected, probably because cells expressing the MOG40-55 peptide were rejected due to the pre-established immune response to this antigen.These results suggested that myeloablation was not necessary to induce specific tolerance. Indeed, clinical amelioration was also observed in mice with EAE infused with BMC expressing the MOG peptide in the absence of any conditioning treatment.This approach is more feasible for human clinical application, it circumvents the risks ofmyeloablation and those of insertional mutagenesis since the transduced cells do not survive in vivo.Regarding the potential mechanisms involved, we analyzed the cytokine pattern upon antigen exposure in the treated mice. Higher levels of IL-10 and IL-5 were found in mice treated with bone marrow cells expressing the autoantigen. Both cytokines are secreted by many cell types, including type 1 regulatory T cells (Tr1). These results suggest a role of transduced cells inducing Tr1 cells in vivo as a potential mechanism of tolerance induction in our model.In the second part of this work we demonstrated that the level of expression of a potentially immunogenic transgene such as EGFP in the context of bone marow transplantation into partially myeloablated mice in the absence of immnuosupression is determinant to induce immune responses towards the transduced cells.

L'obesitat és una malaltia crònica que es caracteritza per una acumulació ectòpica excessiva de greix associada a la inflamació del fetge i del teixit adipós. A més és el principal factor de risc pel desenvolupament de malalties com la diabetis tipus 2 o malalties cardiovasculars. En els darrers temps, degut a la ingesta de dietes enriquides en greixos i al sedentarisme l'obesitat i el sobrepès han adquirit dimensions de pandèmia, fins el punt que la OMS l'ha etiquetat com l'epidèmia del segle XXI on mil milions de persones en tot el món pateixen algun tipus de sobrepès i uns 300 milions de persones es consideren que són obeses com a conseqüència de la sobrenutrició o sobrealimentació permanent en els països industrialitzats.El fetge és l'òrgan responsable de mantenir la homeostasi energètica de tot l'organisme i responsable en gran part del metabolisme de la glucosa i del metabolisme lipídic. A més, el fetge juga un paper fonamental en el desenvolupament de l'obesitat i en la desregulació metabòlica conseqüent. Nombrosos estudis han descrit l'acumulació d'espècies derivades d'àcids grassos en el fetge com a causants dels problemes associats a l'obesitat, ja sigui degut a una aportació excessiva de lípids o a una fallada en l'oxidació. En els individus obesos tot i tenir alts nivells de greix presenten una oxidació d'àcids grassos disminuïda. Per això, en aquesta tesi s'ha estudiat si un augment en l'oxidació d'àcids grassos en el fetge a llarg termini és capaç de reduir l'acumulació lipídica i per tant disminuir l'obesitat ens diferents models d'animals obesos. Per dur a terme aquest objectiu s'ha avaluat l'efecte de la sobreexpressió de la carnitina-palmitoïltransferasa (CPT) 1A, que és l'enzim responsable del control del transport d'àcids grassos en el mitocondri per ser oxidats, mitjançant l'administració de virus adenoassociats (AAVs). Els AAVs són una molt bona eina per utilitzar com a teràpia gènica per la seva capacitat d'expressar els gens que introdueixen durant llargs períodes de temps i per la resposta pràcticament nul·la del sistema immunitari de l'organisme el qual infecten. Els resultats presentats en aquesta tesi demostren que la sobreexpressió de la CPT1A i d'una forma mutada de CPT1A (CPT1AM), insensible al seu inhibidor fisiològic el malonil-CoA, és suficient per augmentar l'oxidació d'àcids grassos en el fetge, reduir l'acumulació lipídica i la inflamació en el fetge i en el teixit adipós. Per tan, la sobreexpressió de la CPT1A i en un major grau la CPT1AM protegeix a l'organisme enfront l'obesitat i els seus problemes associats. Aquests resultats obren un ventall de possibilitats en la recerca de noves teràpies gèniques contra l'obesitat. / Obesity-induced insulin resistance is associated with both ectopic lipid deposition and chronic, low-grade adipose tissue inflammation. Despite their excess fat, obese individuals show lower fatty-acid oxidation (FAO) rates. This has raised the question of whether burning off the excess fat could improve the obese metabolic phenotype. Here, we used human-safe non-immunoreactive adenoassociated viruses (AAV) to mediate long-term hepatic gene transfer of carnitine palmitoyltransferase 1A (CPT1A), the key enzyme in fatty-acid β-oxidation, or its permanently active mutant form CPT1AM, to high-fat diet-treated and genetically obese mice. High-fat diet CPT1A- and, to a greater extent, CPT1AM-expressing mice showed an enhanced hepatic FAO which resulted in increased production of CO2, ATP and ketone bodies. Notably, the increase in hepatic FAO not only reduced liver triacylglyceride content, inflammation and ROS levels but also affected systemically to decrease epididymal adipose tissue weight and inflammation and to improve insulin signaling in liver, adipose tissue and muscle. Obesity-induced weight gain, increase in fasting blood glucose and insulin levels, and augmented expression of gluconeogenic genes were restored to normal only 3 months after AAV treatment. Thus, CPT1A- and, to a greater extent, CPT1AM-expressing mice were protected against obesity-induced weight gain, hepatic steatosis, diabetes and obesity-induced insulin resistance. In addition, genetically obese db/db mice that expressed CPT1AM showed reduced glucose and insulin levels, and liver steatosis. A chronic increase in liver FAO improves the obese metabolic phenotype, which indicates that AAV-mediated CPT1A expression could be a potential molecular therapy for obesity and diabetes.

Els tractaments actuals pel càncer de pàncreas presenten un eficàcia limitada de manera que es necessari el desenvolupament de noves teràpies antitumorals. La teràpia gènica pel càncer de pàncreas basada en l’ús d’adenovirus es troba limitada per la baixa capacitat dels virus d’arribar a les masses tumoral, de distribuir-se pel tumor i d’infectar les cèl·lules tumorals. Nosaltres hem observat que l’administració intraductal d’adenovirus al ducte biliar de ratolins Ela-myc permet arribar als tumors pancreàtics de manera més eficient que per la via sistèmica. A més a més permet transduir la majoria de la massa tumoral restringint l’expressió adenoviral al teixit pancreàtic. D’altre banda, l’administració intraductal del tractament AduPARTat8TK/GCV retarda significativament el creixement tumoral i disminueix la toxicitat associada al tumor. El nou adenovirus AdTATMMP és activat per les MMP2/9 restaurant la capacitat de transducció de l’AdYTGRE in vitro, i incrementant 7,3 vegades la infecció del tumor pancreàtic. El tractament combinat de l’AduPARTat8TK/GCV amb gemcitabina presenta un efecte sinèrgic in vitro, però no millora la eficàcia antitumoral de les teràpies simples. D’altre banda el tractament de l’electroporació irreversible presenta efectes antitumorals significatius en tumors ortotòpics de la línia cel·lular BxPC-3-Luc i allarga la supervivència dels ratolins provocant una toxicitat mínima. / Novel therapies are needed to overcome the limited efficacy of current treatments in pancreatic cancer. Adenoviral gene therapy against pancreatic tumors is challenged by the limitation of viruses to reach the tumor mass, poorly distribute within the tumor and inefficiently transduce tumor cells. We show that intraductal administration of adenoviruses into the common bile duct of Ela-myc mice targets pancreatic tumors more efficiently than systemic delivery with relevant transduction of the bulk of the tumor and restricts expression to pancreatic tissue. Moreover, intraductal administration of AduPARTat8TK/GCV treatment significantly delayed tumor growth ameliorating tumor-associated toxicity. Noticeable the new generated MMP-activatable adenovirus AdTATMMP was susceptible to MMP2/9 activation, restored the transduction capacity of AdYTRGE in vitro, and increased 7.3 times tumor pancreas transduction. The multimodal treatment AduPARTat8TK/GCV and gemcitabine showed synergistic effects in vitro; however, did not enhance the antitumoral efficacy of single therapies. Interestingly, IRE treatment exhibited significant antitumor effects in BxPC-3-Luc orthotopic tumors and prolonged mice survival with minimal toxicity.