Gene Therapy for HIV Infection: Vision or Illusion. Dorothee von Laer St Gallen, SÖDAK 2009

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1 Gene Therapy for HIV Infection: Vision or Illusion Dorothee von Laer St Gallen, SÖDAK 2009

2 Antiviral gene therapy strategies depend on selective advantage of gene-protected cells

3 HIV Entry into the target cell

4 C Peptides block Fusion (eg fuzeon) Membrane-anchored C peptides mac46, mac36

5 The optimal antiviral gene product should Hit early and hard Confer selective advantage Not induce resistance readily Should be non-immunogenic and non-toxic

6 Summary of our previous work Membrane-anchored C peptides inhibit HIV replication efficiently in T cell lines and primary monocytes and T cells. T cells expressing mac46 are selected for in infected T cell lines, primary T cell culture and in an HIV-1 infected human xenograft mouse model. Resistance to mac46 does not emerge readily. In a clinical trial involving the transfer of autologous T cells transduced with the retroviral vector M87o encoding mac46 no toxicity and no immunogenicity was observed. CD4 counts rouse, but no accumulation of gene-modified cells and no effect on viral load was observed.

7 Next steps: Two directions Ex vivo manipulated T cells functionally defective? >Stem cell gene therapy trial in ARL patients that require autologous stem cell transplantion. Selective advantage is not sufficient eg bystander apoptosis > in vivo secreted antiviral entry inhibitory = isave >>isave peptide >>isave neutralizing mab

8 Proof of principle for stem cell gene therapy of HIV-Infection

9 In vivo secreted antiviral entry inhibitor (isave) act on non-transduced neighbouring cells: bystander effect

10 Peptides versus mab C Peptide nmab Secretion inefficient efficient Potency IC50 low nm IC50 high nm Interaction surface large small Resistance For C46 low readily Immunogenity possible low Clinical efficacy High therapeutic efficacy for C36/T20 Prophylactic activity, therapeutic?

11 isave: MW determines secretion efficacy Larger isave peptides are secreted more efficiently but lose antiviral activity

12 C-Peptide concatamers are efficiently secreted and, if processed, are highly antivirally active

13 mac46 has a more rapid turnover than isave mac46 isave

14 Antiviral activity of isave Jurkat, 3% isave transduced

15 In vivo secreted neutralizing 2F5 a neutralizing antibody to HIV mab: 2F5 to gp41 of HIV Cloned by Katinger and co-workers [Vienna] and used for recombinant in vitro production of therapeutic antibodies. Recognizes the highly conserved epitope ELDKWA of gp41. Shows effective neutralizing abilities against laboratory and primary HIV-strains [Purtscher et al., 1994]. Was tested successfully in the macaque-model - alone and in combination with other neutralizing antibodies like 2G12, HIVIG. Phase I and II clinical trials in combination with other monoclonal HIV neutralizing antibodies (4E10, 2G12). Bystander effect

16 2F5 Constructs M278 M385 M584 5 LTR ψ 2F5 HC IRES GFP 3 LTR 5 LTR ψ 2F5 LC IRES tcd34 3 LTR 5 LTR ψ 2F5 HC IRES 2F5 LC 3 LTR M815 5 LTR ψ 2F5 LC PP 2F5 HC U3-R-U5 M816 ψ 5 LTR 2F5 HC PP 2F5 LC U3-R-U5 M919 ψ 5 LTR 2F5 HC 2A 2F5 LC 3 LTR

17 Western blot Cell lysate Supernatant kd +ve -ve M584 M919 M278 M385 -ve M584 M HC LC M278: Hc,M385: Lc, M584: Hc-IRES-Lc, M919: Hc-2A-Lc. M= Meike

18 Comparison of different vectors on TE671 human fibroblast cells M278: Hc,M385: Lc, M584: Hc-IRES-Lc, M815: Hc-BDP-Lc, M816: lc-bdp-hc, M919: Hc-2A-Lc. M919F: Hc-2A-Lc with out ATG from inserted from the topo vector during cloning.

19 Expression on T cells depends on activation status PBL FACS Exp PBL ELISA Exp1 % transduction st 2nd 3rd ng/ml st 2nd 3rd M584 M815 M816 M919 M56a 5 0 M584 M815 M816 M919 M584: Hc-IRES-Lc, M815: Hc-BDP-Lc, M816: lc-bdp-hc, M919: Hc-2A-Lc. M56: GFP control

20 Neutralization assay

21 Efficient inhibition of HIV-1 infection in single round infection assays at 1% transduction efficacy with 2F5 LC1/HC At 10%

22 Primary mouse cells transduced with RV-2F5-HL T cells Stem cells

23 Mouse transplantation protocol Donor-mice Recipient-mice C57BL/6J5.2 Isolation of murine spleenocytes Prestimulation 2F5-retroviral transduction Rag-1/ 5.2 Transplantation C57BL/6J5.1 Isolation of bone Sca-1 marrow cells positive Blood stem cells 2F5 retroviral transduction Rag-1/ Rag-1 5.2

24 T- cell-transplanted mouse 2F5 Spleen Blood FSC

25 Stem cell-transplanted mouse (organs) 2F5 Spleen Lymph node Thymus CD45.1 (donor cell marker)

26 T and B cells express 2F5 in stem cell transplanted animals 100 Portion of cells in the blood [%] CD19 CD3 CD19 in the heavy chain of 2F5+ Gate CD3 in the heavy chain of 2F5+ Gate

27 ELISA: 2F5- concentration in the serum F5- concentration in the serum [ng/ ml] Time after transplantation [days]

28 Summary An in vivo secretable antiviral entry inhibitory (isave) C peptide was developed that has a substantial bystander effect. An isave mab (2F5) showed an antiviral bystander effect in vitro and is expressed at potentially therapeutic levels in mouse models.

29 Scientific companions and collaborators Jan van Lunzen (PI), Tobias Glaunsinger, Ingrid Stahmer, UKE, Hamburg C. Baum, B. Schiedlmeier, A. Schambach, Medizinische Hochschule Hannover Andrea Schilz, Klaus Kühlcke, EUFETS AG (GMP), Idar-Oberstein, Germany Hans-Peter Kiem, Seattle David Baltimore, Caltech, CA Jörn Schmitz, Steve Braun, Paul Johnson, Harvard Med. School, Boston Matthias Dittmar, Universität Heidelberg G. Melikyan, Baltimore FL Cosset, Els Verhoyen, Lyon Klaus und Susanne Hasselmann, MPI für Klimaforschung, Hamburg, Germany Tanya Appelgate, Geoff Symonds, Don Birkett, JJR, Sydney A. Alexandrov,Vision7 GmbH, Germany

30 Scientific companions: Group Laer Felix Hermann Gunda Brandenburg Lisa Egerer Mark Egelhofer Joerg Kahle Patricia Schult-Dietrich Andy Volk Shweta Pahujani Frances Brauer Seba Newrzela Khalid Al Shoba Marianne Hartmann Janine Kimpel Marianne Hartmann

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