A gene-based approach to experimental heart transplant rejection

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-3870-5
Title: A gene-based approach to experimental heart transplant rejection
Author: Raissadati, Alireza
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Biosciences, Biotekniikan laitos
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Heart transplantation is often the last resort for end-stage heart disease. Despite increasing success in this medical field, transplant recipients remain at significant risk for both early and late allograft failure. The cascade of events leading to heart transplant rejection are initiated by donor brain death, progress throughout ex vivo preservation of the organ, are exacerbated during reperfusion, and culminate in cardiac allograft vasculopathy (CAV). The aim of this thesis was to evaluate the efficiency of adeno-associated virus (AAV) as a vector for gene therapy of the heart transplant, elaborate on the role of vascular endothelial growth factor B (VEGF-B) in heart transplant ischemia-reperfusion injury (TX-IRI) and hypoxia-inducible factor (HIF) in the inflammatory properties of allograft-infiltrating myeloid-derived cells. The long-term kinetics and safety of AAV serotypes 2, 8, and 9 were evaluated by perfusing the coronary tree of rat heart transplants with each serotype and comparing the reporter gene expression at set time-points and inflammatory response at the end-point of the study. We studied the role of VEGF-B in ischemia-reperfusion injury of cardiac allografts by transgene- and AAV-mediated overexpression of VEGF-B in rat cardiac allografts. The significance of HIF as an immunoregulatory switch in myeloid-derived cells was determined by using transgenic mice with myeloid cell-targeted activation or knock-out (KO) of HIF-1α and -2α as heart transplant recipients. We found that AAV2 was most effective in transducing heart transplants after intracoronary injection, whereas AAV9 was most effective when injected systemically into the transplant donor. Adeno-associated virus serotype 9 caused a mild inflammatory response in cardiac allografts, whereas AAV2 and 8 did not. Chronic, but not short-term, VEGF-B overexpression in rat cardiac transplants resulted in cardiomyocyte hypertrophy and higher energy demands, with subsequent higher susceptibility towards TX-IRI. HIF-1α and -2α activation in recipient myeloid cells established an immunoregulatory phenotype that significantly suppressed both TX-IRI and acute rejection and prolonged allograft survival. Our results highlight the importance of the route of administration on heart transplant AAV gene therapy and suggest AAV2 as the preferred vector for intracoronary perfusion and AAV9 for systemic delivery in experimental rat heart transplant models. Vascular endothelial growth factor B may regulate heart energy demand and thus might play an important role in transplant ischemic tolerance. Hypoxia-inducible factor-1α and -2α act as important switches for the immunoregulatory phenotype of myeloid cells, and may offer a viable therapeutic target to alleviate allograft rejection.Sydämensiirto on usein viimeinen vaikean sydäntaudin hoitomuoto. Alan kehityksistä huolimatta sydänsiirteen akuutti ja krooninen hyljintä ovat edelleen merkittäviä sydämensiirron pitkäaikaistuloksia heikentäviä tekijöitä. Hyljintään johtava patofysiologinen tapahtumaketju saa alkunsa siirteen luovuttajan aivokuolemasta, etenee sydänsiirteen ex vivo- kylmäsäilytyksen ja reperfuusion aikana, ja kulminoituu siirteeseen kohdistuvaan vastaanottajan immuunijärjestelmän aktivaatioon sekä siirteen vaskulopatiaan. Tässä väitöskirjatutkimuksessa arvioidaan Adeno-associated viruksen (AAV) tehoa ja turvallisuutta sydänsiirteen geeniterapiavektorina, selvitetään verisuonikasvutekijä vascular endothelial growth factor B:n (VEGF-B) osuutta sydänsiirteen iskemia-reperfuusiovauriossa (IRI), sekä hypoksiassa aktivoituvan transkriptiotekijä hypoxia-inducible factor:in (HIF) vaikutuksia vastaanottajan sydänsiirrettä vahingoittavien myeloidilinjan tulehdussolujen proinflammatorisissa mekanismeissa. AAV-serotyyppien 2, 8 ja 9 pitkäaikaiskinetiikkaa ja turvallisuutta arvioitiin perfusoimalla rotan sydänsiirteen sepelvaltimopuusto kullakin serotyypillä ja vertailemalla reportterigeenin ilmentymistä ja sydänsiirteen tulehdusvastetta keskenään. VEGF-B:n roolia sydänsiirteen IRI:ssa tutkittiin yli-ilmentämällä kasvutekijää sydänsiirteessä sekä transgeenisesti, että AAV- virusvektoreiden välityksellä. HIF:n osuutta sydänsiirteen hyljintäreaktion synnyssä tutkittiin käyttämällä myeloidilinjan soluihin keskitettyä HIF-1α ja -2α yli- tai ali-ilmentäviä transgeenisiä hiiriä sydänsiirteen vastaanottajina. AAV2 oli tehokkain virusvektori sydänsiirteessä sepelvaltimoon injisoitaessa, kun taas AAV9 oli tehokkain sydänsiirteen luovuttajalle suonensisäisesti annettuna. AAV9 aiheutti lievän tulehduksellisen vasteen sydänsiirteissä. Pitkäaikainen, mutta ei lyhytaikainen VEGF-B yli- ilmentäminen sydänsiirteessä aiheutti sydänlihassolujen hypertrofian ja korkeamman metabolisen tarpeen, altistaen siten sydänsiirrettä IRI:n haittavaikutuksille. HIF-1α sekä HIF-2α aktivaatio sydänsiirteen vastaanottajan myeloidilinjan soluissa aiheutti näissä immunoregulatorisen fenotyypin, joka vähensi merkittävästi sydänsiirteen IRI:ä ja akuuttia hyljintäreaktiota, ja pidensi merkittävästi sydänsiirteen selviytymistä. Tulokset korostavat virusvektorien antoreittien tärkeyttä sydänsiirteen geeniterapiassa. VEGF- B säätelee sydämen metaboliaa ja voi mahdollisesti vaikuttaa sydänsiirteen iskemiatoleranssiin. HIF-1α ja HIF-2α ovat tärkeitä myeloidilinjan valkosolujen tulehduksellisten toimintojen säätelijöitä, joita voisi hyödyntää allogeenisen sydänsiirteen hyljinnän ehkäisemisessä.
URI: URN:ISBN:978-951-51-3870-5
http://hdl.handle.net/10138/229246
Date: 2018-01-05
Subject:
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record