Early-onset, severe retinal dystrophy caused by mutations in the gene encoding retinal pigment epithelium-specific 65-kD protein (RPE65) is associated with poor vision at birth and complete loss of vision in early adulthood. We administered to three young adult patients subretinal injections of recombinant adeno-associated virus vector 2/2 expressing RPE65 complementary DNA (cDNA) under the control of a human RPE65 promoter. There were no serious adverse events. There was no clinically significant change in visual acuity or in peripheral visual fields on Goldmann perimetry in any of the three patients. We detected no change in retinal responses on electroretinography. One patient had significant improvement in visual function on microperimetry and on dark-adapted perimetry. This patient also showed improvement in a subjective test of visual mobility. These findings provide support for further clinical studies of this experimental approach in other patients with mutant RPE65. (ClinicalTrials.gov number, NCT00643747 [ClinicalTrials.gov].).

X-linked SCID (SCID-X1) is amenable to correction by gene therapy using conventional gammaretroviral vectors. Here, we describe the occurrence of clonal T cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) promoted by insertional mutagenesis in a completed gene therapy trial of 10 SCID-X1 patients. Integration of the vector in an antisense orientation 35 kb upstream of the protooncogene LIM domain only 2 (LMO2) caused overexpression of LMO2 in the leukemic clone. However, leukemogenesis was likely precipitated by the acquisition of other genetic abnormalities unrelated to vector insertion, including a gain-of-function mutation in NOTCH1, deletion of the tumor suppressor gene locus cyclin-dependent kinase 2A (CDKN2A), and translocation of the TCR-β region to the STIL-TAL1 locus. These findings highlight a general toxicity of endogenous gammaretroviral enhancer elements and also identify a combinatorial process during leukemic evolution that will be important for risk stratification and for future protocol design.

Universal gene-edited CAR19 T cells eliminate infant leukemia.

Transduced hematopoietic stem cells can benefit patients with X-linked chronic granulomatous disease (a genetic immunodeficiency), but it's not risk free. In two treated patients, insertional activation of MDS1–EVI1, PRDM16 and SETBP1 markedly increased the number of transduced cells in the blood, leading to oligoclonal hematopoiesis, monosomy 7 and a myelodysplastic syndrome ( pages 163–165 ). Gene-modified autologous hematopoietic stem cells (HSC) can provide ample clinical benefits to subjects suffering from X-linked chronic granulomatous disease (X-CGD), a rare inherited immunodeficiency characterized by recurrent, often life-threatening bacterial and fungal infections. Here we report on the molecular and cellular events observed in two young adults with X-CGD treated by gene therapy in 2004. After the initial resolution of bacterial and fungal infections, both subjects showed silencing of transgene expression due to methylation of the viral promoter, and myelodysplasia with monosomy 7 as a result of insertional activation of ecotropic viral integration site 1 (EVI1). One subject died from overwhelming sepsis 27 months after gene therapy, whereas a second subject underwent an allogeneic HSC transplantation. Our data show that forced overexpression of EVI1 in human cells disrupts normal centrosome duplication, linking EVI1 activation to the development of genomic instability, monosomy 7 and clonal progression toward myelodysplasia.

Background X-linked severe combined immunodeficiency (SCID-X1) is caused by mutations in the common cytokine-receptor γchain(γc), resulting in disruption of development of T lymphocytes and natural-killer cells. B-lymphocyte function is also intrinsically compromised. Allogeneic bone-marrow transplantation is successful if HLA-matched family donors are available, but HLA-mismatched procedures are associated with substantial morbidity and mortality. We investigated the application of somatic gene therapy by use of a gibbon-ape-leukaemia-virus pseudotyped gammaretroviral vector. Methods Four children with SCID-X1 were enrolled. Autologous CD34-positive haemopoietic bone-marrow stem cells were transduced ex vivo and returned to the patients without preceding cytoreductive chemotherapy. The patients were monitored for integration and expression of the γc vector and for functional immunological recovery. Findings All patients have shown substantial improvements in clinical and immunological features, and prophylactic medication could be withdrawn in two. No serious adverse events have been recorded. T cells responded normally to mitogenic and antigenic stimuli, and the T-cell-receptor (TCR) repertoire was highly diverse. Where assessable, humoral immunity, in terms of antibody production, was also restored and associated with increasing rates of somatic mutation in immunoglobulin genes. Interpretation Gene therapy for SCID-X1 is a highly effective strategy for restoration of functional cellular and humoral immunity.

Abstract Motivation: Exome sequencing has proven to be an effective tool to discover the genetic basis of Mendelian disorders. It is well established that copy number variants (CNVs) contribute to the etiology of these disorders. However, calling CNVs from exome sequence data is challenging. A typical read depth strategy consists of using another sample (or a combination of samples) as a reference to control for the variability at the capture and sequencing steps. However, technical variability between samples complicates the analysis and can create spurious CNV calls. Results: Here, we introduce ExomeDepth, a new CNV calling algorithm designed to control for this technical variability. ExomeDepth uses a robust model for the read count data and uses this model to build an optimized reference set in order to maximize the power to detect CNVs. As a result, ExomeDepth is effective across a wider range of exome datasets than the previously existing tools, even for small (e.g. one to two exons) and heterozygous deletions. We used this new approach to analyse exome data from 24 patients with primary immunodeficiencies. Depending on data quality and the exact target region, we find between 170 and 250 exonic CNV calls per sample. Our analysis identified two novel causative deletions in the genes GATA2 and DOCK8. Availability: The code used in this analysis has been implemented into an R package called ExomeDepth and is available at the Comprehensive R Archive Network (CRAN). Contact: v.plagnol@ucl.ac.uk Supplementary Information: Supplementary data are available at Bioinformatics online.

The cytoplasm is the largest part of the cell by volume and hence its rheology sets the rate at which cellular shape changes can occur. Recent experimental evidence suggests that cytoplasmic rheology can be described by a poroelastic model, in which the cytoplasm is treated as a biphasic material consisting of a porous elastic solid meshwork (cytoskeleton, organelles, macromolecules) bathed in an interstitial fluid (cytosol). In this picture, the rate of cellular deformation is limited by the rate at which intracellular water can redistribute within the cytoplasm. However, direct supporting evidence for the model is lacking. Here we directly validate the poroelastic model to explain cellular rheology at short timescales using microindentation tests in conjunction with mechanical, chemical and genetic treatments. Our results show that water redistribution through the solid phase of the cytoplasm (cytoskeleton and macromolecular crowders) plays a fundamental role in setting cellular rheology at short timescales. It has been suggested that the cytoplasm of living cells can be described as a porous elastic meshwork bathed in an interstitial fluid. Microindentation tests now show that intracellular water redistribution plays a fundamental role in cellular rheology and that at physiologically relevant timescales cellular responses to mechanical stresses are consistent with such a poroelastic model.

Prolonged exposure of human hematopoietic stem cells (HSC) to growth factors for efficient transduction by murine oncoretroviral vectors has major detrimental effects on repopulating activity. In this study, we have used a vesicular stomatitis virus G envelope protein (VSV-G)-pseudotyped human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) lentiviral-based vector system to transduce cord blood (CB) CD34+ cells over a limited time period (< or =24 hours). Under these conditions, significant gene marking was observed in engrafted human lymphoid, myeloid, and progenitor cells in all transplanted Severe Combined Immunodeficient (SCID) mice. To enhance the level of gene expression in hematopoietic cells, we also generated a series of lentiviral vectors incorporating the spleen focus forming virus (SFFV) long terminal repeat (LTR) sequences, and the Woodchuck hepatitis virus posttranscriptional regulatory element (WPRE). By including the central polypurine tract (cPPT) sequence of HIV-1 we were then able to achieve high levels of transduction (over 80%) and gene expression in vivo after a single exposure to viral supernatant. These results demonstrate that lentiviral vectors are highly effective for gene transfer to human HSC, and that SFFV regulatory sequences can be successfully incorporated to enhance the long-term expression of a transgene in primary human hematopoietic cells in vivo.

In X-linked adrenoleukodystrophy, mutations in ABCD1 lead to loss of function of the ALD protein. Cerebral adrenoleukodystrophy is characterized by demyelination and neurodegeneration. Disease progression, which leads to loss of neurologic function and death, can be halted only with allogeneic hematopoietic stem-cell transplantation.