To longitudinally characterize disease-relevant CSF and plasma biomarkers in individuals at risk for genetic prion disease up to disease conversion.

Abstract Lowering expression of prion protein (PrP) is a well-validated therapeutic strategy in prion disease, but additional modalities are urgently needed. In other diseases, small molecules have proven capable of modulating pre-mRNA splicing, sometimes by forcing inclusion of cryptic exons that reduce gene expression. Here, we characterize a cryptic exon located in human PRNP ’s sole intron and evaluate its potential to reduce PrP expression through incorporation into the 5’ untranslated region (5’UTR). This exon is homologous to exon 2 in non-primate species, but contains a start codon that would yield an upstream open reading frame (uORF) with a stop codon prior to a splice site if included in PRNP mRNA, potentially downregulating PrP expression through translational repression or nonsense-mediated decay. We establish a minigene transfection system and test a panel of splice site alterations, identifying mutants that reduce PrP expression by as much as 78%. Our findings nominate a new therapeutic target for lowering PrP.

ABSTRACT Antisense oligonucleotides (ASOs) dosed into cerebrospinal fluid (CSF) distribute broadly throughout the brain and hold the promise of treating myriad brain diseases by modulating RNA. CNS tissue is not routinely biopsied in living individuals, leading to reliance on CSF biomarkers to inform on drug target engagement. Animal models can link CSF biomarkers to brain parenchyma, but our understanding of how individual cells contribute to bulk tissue signal is limited. Here we employed single nucleus transcriptomics on tissue from mice treated with RNase H1 ASOs against Prnp and Malat1 and macaques treated with an ASO against PRNP . Activity was observed in every cell type, though sometimes with substantial differences in magnitude. Single cell RNA count distributions implied target suppression in every single sequenced cell, rather than intense knockdown in only some cells. Duration of action up to 12 weeks post-dose differed across cell types, being shorter in microglia than in neurons. Suppression in neurons was generally similar to, or more robust than, the bulk tissue. In macaques, PrP in CSF was lowered 40% in conjunction with PRNP knockdown across all cell types including neurons, arguing that a CSF biomarker readout is likely to reflect disease-relevant cells in a neuronal disorder.

ABSTRACT Prion disease is a fatal neurodegenerative disease caused by the conformational corruption of the prion protein (PrP), encoded by the prion protein gene ( PRNP ). While no disease-modifying therapy is currently available, genetic and pharmacological proofs of concept support development of therapies that lower PrP levels in the brain. In light of proposals for clinical testing of such drugs in presymptomatic individuals at risk for genetic prion disease, extensive nonclinical data are likely to be required, with extra attention paid to choice of animal models. Uniquely, the entire prion disease process can be faithfully modeled through transmission of human prions to non-human primates (NHPs), raising the question of whether NHP models should be used to assess therapeutic efficacy. Here we systematically aggregate data from N=527 prion-inoculated animals spanning six decades of research studies. Using this dataset, we assess prion strain, route of administration, endpoint, and passage number to characterize the relationship of tested models to currently prevalent human subtypes of prion disease. We analyze the incubation times observed across diverse models and perform power calculations to assess the practicability of testing prion disease therapeutic efficacy in NHPs. We find that while some models may theoretically be able to support therapeutic efficacy studies, pilot studies would be required to confirm incubation time and attack rate before pivotal studies could be designed, cumulatively requiring several years. The models with the shortest and most tightly distributed incubation times are those with smaller brains and weaker homology to humans. Our findings indicate that it would be challenging to conduct efficacy studies in NHPs in a paradigm that honors the potential advantages of NHPs over other available models, on a timeframe that would not risk unduly delaying patient access to promising drug candidates.