Ontwerpen van cell-type specifieke enhancers voor gentherapie in het centraal zenuwstelsel.

Gentherapie biedt nieuwe mogelijkheden om tot efficiënte therapeutische oplossingen te komen voor veel onbehandelbare ziekten. Echter, ondanks recente wetenschappelijke vooruitgang en interesse vanuit de industrie, is het een uitdaging om nieuwe producten voor gentherapie op de markt te brengen. Belangrijke oorzaken hiervoor zijn de veiligheid, efficiëntie, en off-target effecten, op hun beurt veroorzaakt door te lage specificiteit of te lage expressie van het transgen. Het ontwerp van optimale enhancers kan een oplossing bieden voor deze problemen. Ons voorstel heeft als doel nieuwe computationele en experimentele tools te ontwikkelen, en ze vervolgens te combineren in een pipeline, om enhancers te identificeren voor complexe weefsels. De pipeline zal gebruik maken van single-cell multi- omics en van 'deep learning'. Vervolgens zullen we deze pipeline aanwenden om enhancers te identificeren voor drie gekozen celtypes in de hersenen die relevant zijn voor gentherapie, namelijk corticale neuronen, dopaminerge neuronen, en microglia. Hiervoor zullen we: (i) hersenweefsel van muis en mens analyseren met single-cell multi-omics; (ii) unieke regulatorische regio's selecteren voor elk celtype, en deze gebruiken voor het trainen van enhancer-modellen; (iii) enhancer- activiteit en -specificiteit experimenteel valideren met nieuwe hogedoorvoer-technieken. In parallel gebruiken we AI-modellen om synthetische sequenties te genereren met verhoogde specificiteit en activiteit. Tot slot zullen we microglia als case study gebruiken voor de klinische translatie in de ziekte van Alzheimer (AD). Via transplantatie van menselijke microglia naar muizenhersenen zullen we onze geoptimaliseerde enhancers gebruiken om de expressie van het gen APOE te onderdrukken, zowel in normale hersenen als in AD-hersenen. Onze aanpak moet demonstreren dat we specifieke enhancers kunnen genereren voor eender welk celtype, en zou ons enhancers moeten opleveren die we kunnen licentiëren. Valorisatieplan: 1. Een kant-en-klare bibliotheek van gepatenteerde, doeltreffende, compacte, synthetische enhancers die transgene expressie aandrijven van (1) exciterende corticale neuronen; (2) dopaminerge neuronen; of (3) microglia. Licentiehouders krijgen de optie om i) deze enhancers te testen op hun eigen systemen of ii) samen te werken met uitgekozen consortiumpartners om de enhancers af te stellen op hun specifieke noden. 2. Een volledig geïntegreerd en gevalideerd EnhancerDesign platform, aangedreven door een innovatieve combinatie van single-cell analyse, massief-parallelle screening assays en een verzameling verbeterde AI-gebaseerde bioinformatica-tools. Hoewel het EnhancerDesign platform kan toegepast worden op alle soorten cellen/weefsels, focussen wij op neuronale celtypes om volgende redenen: 1. Deze cellen zijn gelinkt aan neurodegeneratieve ziekten met een hoge medische noodzaak en een groot marktpotentieel; 2. Het centraal zenuwstelzel is het weefsel met de hoogste cellulaire diversiteit (i.e. een ambitieuze toepassing om de EnhancerDesign pipeline op te valideren) en 3. Onze timing ligt in lijn met toenemende interesse van biotech en farma-bedrijven in gentherapie voor het centrale zenuwstelsel. Een licentie-strategie gebaseerd op non-exclusieve toegang tot het technologische platform en de resulterende enhancers heeft de voorkeur. Wanneer grote co-ontwikkelingen exclusiviteit vereisen, is een exclusieve licentie binnen dat onderzoeksgebied, gedefinieerd door (1) het therapeutische gen dat de gentherapie tracht te leveren met het doel (2) een specifieke ziekte te behandelen, een mogelijke optie.

Trefwoorden:MICROGLIA, EPIGENETICA, ZIEKTE VAN ALZHEIMER, GENTHERAPIE

Disciplines:Computationele transcriptomics en epigenomics, Aangeboren immuniteit, Neurologische en neuromusculaire ziekten