Klinischer Gentransfer

Transposons (»springende Gene«) sind die einfachsten Genübertragungsvehikel der Natur, die als äußerst effektive Werkzeuge für vielseitige Anwendungen in der Gentechnik, einschließlich der Gentherapie, genutzt werden können. DNA-Transposons sind genetische Elemente mit der Fähigkeit, ihre Positionen im Genom zu verändern. Die mobilen DNA-Einheiten enthalten ein Transposase-Gen, flankiert von terminalen inversen Wiederholungen (terminal inverted repeats = TIR), welche Transposase-Bindungsstellen tragen. Es ist möglich, die beiden funktionalen Komponenten des Transposons (die TIRs und die Transposase) voneinander zu trennen. Transposon-basierte Vektoren ermöglichen die Integration nahezu jeder DNA-Sequenz von Interesse zwischen den Transposon-TIRs sowie die Mobilisierung durch die trans-supplementierende Transposase (Abb. 1). Im Transpositionsprozess vermittelt das Enzym Transposase das Ausschneiden des Elements aus dem Donorvektor, gefolgt von der Integration des Transposons in einen chromosomalen Locus (Abb. 1). Aufgrund dieser Merkmale sind Transposons geeignete nicht-virale Genübertragungssysteme, die die vorteilhaften Eigenschaften integrierender Virusvektoren (d. h. stabile chromosomale Integration und langfristige Transgenexpression) mit denen nicht-viraler Übertragungssysteme (d. h. geringere Immunogenität, verbessertes Sicherheitsprofil und reduzierte Kosten der GMP-Herstellung) vereinen. Basierend auf evolutionär »alten«, inaktiven Transposon-Sequenzen, die aus Fischgenomen isoliert wurden, wurde ein aktives Transposon rekonstruiert und »Sleeping Beauty« (SB) genannt. Mit dem SB-Transposon wurde erstmals eine effiziente Transposition in Wirbeltier-Zellen ermöglicht, was neue Wege für die Gentechnik, einschließlich der Gentherapie, eröffnete. 

Die Vorteile der SB-Transposon-basierten Genübertragung

• Permanente genomische Einfügung von Transgen-Kassetten kann zu nachhaltiger und effizienter Transgenexpression führen.
• Im Gegensatz zu nicht integrierenden Virusvektoren, deren wiederholte Verabreichung Immunreaktionen gegen die vektor-kodierten Proteine hervorrufen kann, ist nur eine einmalige Verabreichung von SB-Vektoren erforderlich, was zu einer verringerten Immunogenität führt.
• Im Gegensatz zu Virusvektoren, deren Titer ab einer bestimmten Vektorgröße erheblich sinkt, haben SB-Vektoren keine strikte Einschränkung hinsichtlich der Größe des zu integrierenden genetischen Materials.
• Ein überlegenes Biosicherheitsprofil aufgrund geringerer verzerrter Integration in Transkriptionseinheiten und transkriptionale regulatorische Genregionen
• Im Gegensatz zu Virusvektoren können Transposon-Vektoren als Plasmid-DNA aufrechterhalten und propagiert werden, wodurch deren Herstellung einfacher und kostengünstiger möglich ist. Ein wichtiger Aspekt für den Einsatz in der klinischen Praxis.

Die Arbeitsgruppe Klinischer Gentransfer charakterisiert systematisch die molekularen Merkmale der SB-Transposition in menschlichen Zellen und verfeinert Werkzeuge und Methoden basierend auf SB-Gentransfer für eine verbesserte Wirksamkeit und Sicherheit in der Gentherapie beim Menschen.

Bisherige präklinische Arbeiten leisteten einen signifikanten Beitrag, die zur CARAMBA-Studie (Phase-I/IIA; EudraCT: 2019-001264-30) führten, in der die Machbarkeit, Sicherheit und anti-myelomale Wirksamkeit von autologen SLAMF7-CAR-T-Zellen untersucht wird. CARAMBA ist die erste klinische Studie in Europa, in der die SB-Technologie (hyperaktive SB100X-Transposase, kodiert als synthetische mRNA in Verbindung mit CAR-Transposon, geliefert als Minikreis-Vektoren) Anwendung findet. Mittlerweile wird die SB-Gentransfertechnologie im Rahmen verschiedener aktiver klinischer Studien genutzt und untersucht.