Hutchinson–Gilford progeria syndrome (HGPS or progeria) is typically caused by a dominant-negative C•G-to-T•A mutation (c.1824 C>T; p.G608G) in LMNA, the gene that encodes nuclear lamin A. This mutation causes RNA mis-splicing that produces progerin, a toxic protein that induces rapid ageing and shortens the lifespan of children with progeria to approximately 14 years1–4. Adenine base editors (ABEs) convert targeted A•T base pairs to G•C base pairs with minimal by-products and without requiring double-strand DNA breaks or donor DNA templates5,6. Here we describe the use of an ABE to directly correct the pathogenic HGPS mutation in cultured fibroblasts derived from children with progeria and in a mouse model of HGPS. Lentiviral delivery of the ABE to fibroblasts from children with HGPS resulted in 87–91% correction of the pathogenic allele, mitigation of RNA mis-splicing, reduced levels of progerin and correction of nuclear abnormalities. Unbiased off-target DNA and RNA editing analysis did not detect off-target editing in treated patient-derived fibroblasts. In transgenic mice that are homozygous for the human LMNA c.1824 C>T allele, a single retro-orbital injection of adeno-associated virus 9 (AAV9) encoding the ABE resulted in substantial, durable correction of the pathogenic mutation (around 20–60% across various organs six months after injection), restoration of normal RNA splicing and reduction of progerin protein levels. In vivo base editing rescued the vascular pathology of the mice, preserving vascular smooth muscle cell counts and preventing adventitial fibrosis. A single injection of ABE-expressing AAV9 at postnatal day 14 improved vitality and greatly extended the median lifespan of the mice from 215 to 510 days. These findings demonstrate the potential of in vivo base editing as a possible treatment for HGPS and other genetic diseases by directly correcting their root cause. In a mouse model of progeria, an adenine base editor delivered with adeno-associated virus corrects the pathogenic mutation in LMNA, rescues vascular pathology and markedly extends the lifespan of the mice.

Abstract Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS) is a detrimental premature aging disease caused by a point mutation in the human LMNA gene. This mutation results in the abnormal accumulation of a truncated pre-lamin A protein called progerin. Among the drastically accelerated signs of aging in HGPS patients, severe skin phenotypes such as alopecia and sclerotic skins always develop with the disease progression. Here, we study the HGPS molecular mechanisms focusing on early skin development by differentiating patient-derived induced pluripotent stem cells (iPSCs) to a keratinocyte lineage. Interestingly, HGPS iPSCs showed an accelerated commitment to the keratinocyte lineage than the normal control. To study potential signaling pathways that accelerated skin development in HGPS, we investigated the WNT pathway components during HGPS iPSCs-keratinocytes induction. Surprisingly, despite the unaffected β-catenin activity, the expression of a critical WNT transcription factor LEF1 was diminished from an early stage in HGPS iPSCs-keratinocytes differentiation. Chromatin immunoprecipitation (ChIP) experiment further revealed strong bindings of LEF1 to the early-stage epithelial developmental markers K8 and K18 and that the LEF1 silencing by siRNA down-regulates the K8/K18 transcription. During the iPSCs-keratinocytes differentiation, correction of HGPS mutation by Adenine base editing (ABE), while in a partial level, rescued the phenotypes for accelerated keratinocyte lineage-commitment. ABE also reduced the cell death in HGPS iPSCs-derived keratinocytes. These findings brought new insight into the molecular basis and therapeutic application for the skin abnormalities in HGPS.