Optimizing gene therapy for infant mice with citrullinemia type 1

Abstract

Citrullinemia type 1 (CTLN1) is a rare genetic disorder that is inherited in an autosomal recessive manner. It is caused by mutations in the gene that encodes argininosuccinate synthetase 1 (ASS1), which catalyzes the formation of argininosuccinate from citrulline and the aspartic acid in the urea cycle. This disorder leads to a reduced ability to eliminate nitrogen from the body, which results in increased levels of circulating ammonia and other toxic byproducts of the urea cycle. These can cause severe neurological symptoms, such as metabolic encephalopathy, irreversible brain damage, or even death. The current standard of care (SoC) for CTLN1 involves reduced protein intake and daily administration of nitrogen-scavenging agents being liver transplantation the best therapeutic option. However, these treatments do not always produce satisfactory results and often cannot avoid neurological sequelae. While they may prevent further brain damage, patients remain at risk of life-threatening complications.

We evaluated the potential therapeutic efficacy of a recombinant adeno-associated viral vector (rAAV) encoding for the ASS1 gene under the control of a liver-specific promoter (VTX-804), alone or in combination with SoC to three-week-old Ass1fold mice, which serve as a CTLN1 mouse model. All the animals that received VTX-804 in combination with SoC exhibited normal weight gain, normalized ammonia levels and experienced a reduction in citrulline levels in their bloodstream. Furthermore, these mice displayed 100% survival over a period of 7 months. Similar to the clinical manifestations observed in CTLN1 patients, the CTLN1 mice showed several behavioral abnormalities including anxiety, reduced welfare and impaired innate behavior. Importantly, treatment with VTX-804 alone significantly ameliorated all of these parameters.

In conclusion, the results obtained from this study strongly indicate that VTX-804 gene therapy holds great promise as a potential treatment for CTLN1 patients in the future. These findings open up new possibilities for the development of effective interventions to improve the clinical outcomes and overall quality of life for individuals affected by CTLN1.

La CTLN1 es una enfermedad genética rara que se hereda de manera autosómica recesiva. Se debe a mutaciones en el gen que codifica la enzima ASS1, la cual cataliza la formación de argininosuccinato a partir de citrulina y ácido aspártico en el ciclo de la urea. Este trastorno produce una reducción en la capacidad para eliminar el nitrógeno del cuerpo, lo que resulta en niveles elevados de amoníaco circulante y otros productos tóxicos del ciclo de la urea. Estos pueden provocar síntomas neurológicos graves, como encefalopatía metabólica, daño cerebral irreversible o incluso la muerte. El tratamiento estándar actual (SoC) para CTLN1 implica la reducción en la ingesta de proteínas y la administración diaria de agentes secuestradores de nitrógeno, siendo el trasplante hepático la mejor opción terapéutica. Sin embargo, estos tratamientos no siempre son efectivos y a menudo no pueden evitar las secuelas neurológicas. Aunque estos tratamientos pueden prevenir el daño cerebral los pacientes aún corren el riesgo de complicaciones potencialmente mortales si no son trasplantados.

En este trabajo hemos evaluado la eficacia terapéutica de la administración de un virus recombinante adenoasociado, VTX-804, que contiene el gen ASS1 bajo el control de un promotor específico del hígado, de manera aislada o en combinación con SoC a ratones Ass1fold

(modelo de ratón de CTLN1) a las tres semanas de edad. Todos los animales que recibieron VTX- 804 en combinación con SoC normalizaron su peso, presentaron una normalización de los

niveles de amonio y una reducción de los niveles de citrulina en circulación. Además, el 100% de estos ratones sobrevivieron al menos durante 7 meses. Al igual que algunas manifestaciones clínicas de los pacientes con CTLN1, los ratones con CTLN1 mostraron varias anormalidades conductuales como ansiedad, disminución del bienestar e impedimento del comportamiento innato. Es importante destacar que todas las alteraciones clínicas mejoraron notablemente después del tratamiento con VTX-804 administrado aisladamente.

En general, estos hallazgos sugieren que la terapia génica con VTX-804 podría ser un tratamiento prometedor para los pacientes con CTLN1 en el futuro. Estos resultados abren nuevas posibilidades en el desarrollo de actuaciones efectivas a la hora de mejorar la calidad de vida de los pacientes con CTLN1.