Leber congenital amaurosis (LCA) is a group of autosomal recessive blinding retinal diseases that are incurable. One molecular form is caused by mutations in the RPE65 (retinal pigment epithelium-specific 65-kDa) gene. A recombinant adeno-associated virus serotype 2 (rAAV2) vector, altered to carry the human RPE65 gene (rAAV2-CBSB-hRPE65), restored vision in animal models with RPE65 deficiency. A clinical trial was designed to assess the safety of rAAV2-CBSB-hRPE65 in subjects with RPE65-LCA. Three young adults (ages 21–24 years) with RPE65-LCA received a uniocular subretinal injection of 5.96 × 1010 vector genomes in 150 μl and were studied with follow-up examinations for 90 days. Ocular safety, the primary outcome, was assessed by clinical eye examination. Visual function was measured by visual acuity and dark-adapted full-field sensitivity testing (FST); central retinal structure was monitored by optical coherence tomography (OCT). Neither vector-related serious adverse events nor systemic toxicities were detected. Visual acuity was not significantly different from baseline; one patient showed retinal thinning at the fovea by OCT. All patients self-reported increased visual sensitivity in the study eye compared with their control eye, especially noticeable under reduced ambient light conditions. The dark-adapted FST results were compared between baseline and 30–90 days after treatment. For study eyes, sensitivity increases from mean baseline were highly significant (p < 0.001); whereas, for control eyes, sensitivity changes were not significant (p = 0.99). Comparisons are drawn between the present work and two other studies of ocular gene therapy for RPE65-LCA that were carried out contemporaneously and reported.

The RPE65 gene encodes the isomerase of the retinoid cycle, the enzymatic pathway that underlies mammalian vision. Mutations in RPE65 disrupt the retinoid cycle and cause a congenital human blindness known as Leber congenital amaurosis (LCA). We used adeno-associated virus-2-based RPE65 gene replacement therapy to treat three young adults with RPE65-LCA and measured their vision before and up to 90 days after the intervention. All three patients showed a statistically significant increase in visual sensitivity at 30 days after treatment localized to retinal areas that had received the vector. There were no changes in the effect between 30 and 90 days. Both cone- and rod-photoreceptor-based vision could be demonstrated in treated areas. For cones, there were increases of up to 1.7 log units (i.e., 50 fold); and for rods, there were gains of up to 4.8 log units (i.e., 63,000 fold). To assess what fraction of full vision potential was restored by gene therapy, we related the degree of light sensitivity to the level of remaining photoreceptors within the treatment area. We found that the intervention could overcome nearly all of the loss of light sensitivity resulting from the biochemical blockade. However, this reconstituted retinoid cycle was not completely normal. Resensitization kinetics of the newly treated rods were remarkably slow and required 8 h or more for the attainment of full sensitivity, compared with <1 h in normal eyes. Cone-sensitivity recovery time was rapid. These results demonstrate dramatic, albeit imperfect, recovery of rod- and cone-photoreceptor-based vision after RPE65 gene therapy.

Recombinant adeno-associated viral (rAAV) vectors based on serotype 2 are currently being evaluated most extensively in animals and human clinical trials. rAAV vectors constructed from other AAV serotypes (serotypes 1, 3, 4, 5, and 6) can transduce certain tissues more efficiently and with different specificity than rAAV2 vectors in animal models. Here, we describe reagents and methods for the production and purification of AAV2 inverted terminal repeat-containing vectors pseudotyped with AAV1 or AAV5 capsids. To facilitate pseudotyping, AAV2rep/AAV1cap and AAV2rep/AAV5cap helper plasmids were constructed in an adenoviral plasmid backbone. The resultant plasmids, pXYZ1 and pXYZ5, were used to produce rAAV1 and rAAV5 vectors, respectively, by transient transfection. Since neither AAV5 nor AAV1 binds to the heparin affinity chromatography resin used to purify rAAV2 vectors, purification protocols were developed based on anion-exchange chromatography. The purified vector stocks are 99% pure with titers of 1×1012 to 1×1013 vector genomes/ml.

Adeno-associated virus (AAV) vectors expressing the normal cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) cDNA complement the cystic fibrosis (CF) defect in vitro. Unlike other DNA virus vectors, AAV is a stably integrating virus, which could make possible long-term in vivo complementation of the CF defect in the airway epithelium. We report AAV-CFTR gene transfer and expression after infection of primary CF nasal polyp cells and after in vivo delivery of AAV-CFTR vector to one lobe of the rabbit lung through a fiberoptic bronchoscope. In the rabbit, vector DNA could be detected in the infected lobe up to 6 months after administration. A 26-amino acid polypeptide sequence unique to the recombinant AAV-CFTR protein was used to generate both oligonucleotide probes and a polyclonal antibody which allowed the unambiguous identification of vector RNA and CFTR protein expression. With these reagents, CFTR RNA and protein were detected in the airway epithelium of the infected lobe for up to 6 months after vector administration. AAV vectors do, therefore, efficiently promote in vivo gene transfer to the airway epithelium which is stable over several months. These findings indicate that AAV-CFTR vectors could potentially be very useful for gene therapy.

Recombinant adeno-associated virus (rAAV) vectors offer promise for the gene therapy of α(1)-antitrypsin (AAT) deficiency. In our prior trial, an rAAV vector expressing human AAT (rAAV1-CB-hAAT) provided sustained, vector-derived AAT expression for >1 year. In the current phase 2 clinical trial, this same vector, produced by a herpes simplex virus complementation method, was administered to nine AAT-deficient individuals by intramuscular injection at doses of 6.0×10(11), 1.9×10(12), and 6.0×10(12) vector genomes/kg (n=3 subjects/dose). Vector-derived expression of normal (M-type) AAT in serum was dose dependent, peaked on day 30, and persisted for at least 90 days. Vector administration was well tolerated, with only mild injection site reactions and no serious adverse events. Serum creatine kinase was transiently elevated on day 30 in five of six subjects in the two higher dose groups and normalized by day 45. As expected, all subjects developed anti-AAV antibodies and interferon-γ enzyme-linked immunospot responses to AAV peptides, and no subjects developed antibodies to AAT. One subject in the mid-dose group developed T cell responses to a single AAT peptide unassociated with any clinical effects. Muscle biopsies obtained on day 90 showed strong immunostaining for AAT and moderate to marked inflammatory cell infiltrates composed primarily of CD3-reactive T lymphocytes that were primarily of the CD8(+) subtype. These results support the feasibility and safety of AAV gene therapy for AAT deficiency, and indicate that serum levels of vector-derived normal human AAT >20 μg/ml can be achieved. However, further improvements in the design or delivery of rAAV-AAT vectors will be required to achieve therapeutic target serum AAT concentrations.

Alpha-1 antitrypsin (AAT) deficiency is well-suited as a target for human gene transfer. We performed a phase 1, open-label, dose-escalation clinical trial of a recombinant adeno-associated virus (rAAV) vector expressing normal (M) AAT packaged into serotype 1 AAV capsids delivered by i.m. injection. Nine AAT-deficient subjects were enrolled sequentially in cohorts of 3 each at doses of 6.9 x 10(12), 2.2 x 10(13), and 6.0 x 10(13) vector genome particles per patient. Four subjects receiving AAT protein augmentation discontinued therapy 28 or 56 days before vector administration. Vector administration was well tolerated, with only mild local reactions and 1 unrelated serious adverse event (bacterial epididymitis). There were no changes in hematology or clinical chemistry parameters. M-specific AAT was expressed above background in all subjects in cohorts 2 and 3 and was sustained at levels 0.1% of normal for at least 1 year in the highest dosage level cohort, despite development of neutralizing antibody and IFN-gamma enzyme-linked immunospot responses to AAV1 capsid at day 14 in all subjects. These findings suggest that immune responses to AAV capsid that develop after i.m. injection of a serotype 1 rAAV vector expressing AAT do not completely eliminate transduced cells in this context.

The recent market approvals of recombinant adeno-associated virus (rAAV) gene therapies in Europe and the United States are landmark achievements in the history of modern science. These approvals are also anticipated to herald the emergence of a new class of therapies for monogenic disorders, which had hitherto been considered untreatable. These events can be viewed as stemming from the convergence of several important historical trends: the study of basic virology, the development of genomic technologies, the imperative for translational impact of National Institutes of Health-funded research, and the development of economic models for commercialization of rare disease therapies. In this review, these historical trends are described and the key developments that have enabled clinical rAAV gene therapies are discussed, along with an overview of the current state of the field and future directions.

Abstract Prime editors (PEs) mediate genome modification without utilizing double-stranded DNA breaks or exogenous donor DNA as a template. PEs facilitate nucleotide substitutions or local insertions or deletions within the genome based on the template sequence encoded within the prime editing guide RNA (pegRNA). However, the efficacy of prime editing in adult mice has not been established. Here we report an NLS-optimized SpCas9-based prime editor that improves genome editing efficiency in both fluorescent reporter cells and at endogenous loci in cultured cell lines. Using this genome modification system, we could also seed tumor formation through somatic cell editing in the adult mouse. Finally, we successfully utilize dual adeno-associated virus (AAVs) for the delivery of a split-intein prime editor and demonstrate that this system enables the correction of a pathogenic mutation in the mouse liver. Our findings further establish the broad potential of this genome editing technology for the directed installation of sequence modifications in vivo, with important implications for disease modeling and correction.

To provide an initial assessment of the safety of a recombinant adeno-associated virus vector expressing RPE65 (rAAV2-CB-hRPE65) in adults and children with retinal degeneration caused by RPE65 mutations.Nonrandomized, multicenter clinical trial.Eight adults and 4 children, 6 to 39 years of age, with Leber congenital amaurosis (LCA) or severe early-childhood-onset retinal degeneration (SECORD).Patients received a subretinal injection of rAAV2-CB-hRPE65 in the poorer-seeing eye, at either of 2 dose levels, and were followed up for 2 years after treatment.The primary safety measures were ocular and nonocular adverse events. Exploratory efficacy measures included changes in best-corrected visual acuity (BCVA), static perimetry central 30° visual field hill of vision (V30) and total visual field hill of vision (VTOT), kinetic perimetry visual field area, and responses to a quality-of-life questionnaire.All patients tolerated subretinal injections and there were no treatment-related serious adverse events. Common adverse events were those associated with the surgical procedure and included subconjunctival hemorrhage in 8 patients and ocular hyperemia in 5 patients. In the treated eye, BCVA increased in 5 patients, V30 increased in 6 patients, VTOT increased in 5 patients, and kinetic visual field area improved in 3 patients. One subject showed a decrease in BCVA and 2 patients showed a decrease in kinetic visual field area.Treatment with rAAV2-CB-hRPE65 was not associated with serious adverse events, and improvement in 1 or more measures of visual function was observed in 9 of 12 patients. The greatest improvements in visual acuity were observed in younger patients with better baseline visual acuity. Evaluation of more patients and a longer duration of follow-up will be needed to determine the rate of uncommon or rare side effects or safety concerns.