Background Dopaminergic neuronal loss in Parkinson's disease leads to changes in the circuitry of the basal ganglia, such as decreased inhibitory GABAergic input to the subthalamic nucleus. We aimed to measure the safety, tolerability, and potential efficacy of transfer of glutamic acid decarboxylase (GAD) gene with adeno-associated virus (AAV) into the subthalamic nucleus of patients with Parkinson's disease. Methods We did an open label, safety and tolerability trial of unilateral subthalamic viral vector (AAV-GAD) injection in 11 men and 1 woman with Parkinson's disease (mean age 58·2, SD=5·7 years). Four patients received low-dose, four medium-dose, and four high-dose AAV-GAD at New York Presbyterian Hospital. Inclusion criteria consisted of Hoehn and Yahr stage 3 or greater, motor fluctuations with substantial off time, and age 70 years or less. Patients were assessed clinically both off and on medication at baseline and after 1, 3, 6, and 12 months at North Shore Hospital. Efficacy measures included the Unified Parkinson's Disease Rating Scale (UPDRS), scales of activities of daily living (ADL), neuropsychological testing, and PET imaging with 18F-fluorodeoxyglucose. The trial is registered with the ClinicalTrials.gov registry, number NCT00195143. Findings All patients who enrolled had surgery, and there were no dropouts or patients lost to follow-up. There were no adverse events related to gene therapy. Significant improvements in motor UPDRS scores (p=0·0015), predominantly on the side of the body that was contralateral to surgery, were seen 3 months after gene therapy and persisted up to 12 months. PET scans revealed a substantial reduction in thalamic metabolism that was restricted to the treated hemisphere, and a correlation between clinical motor scores and brain metabolism in the supplementary motor area. Interpretation AAV-GAD gene therapy of the subthalamic nucleus is safe and well tolerated by patients with advanced Parkinson's disease, suggesting that in-vivo gene therapy in the adult brain might be safe for various neurodegenerative diseases.

Abstract

 An alteration in excitatory and inhibitory influences may underlie epilepsy. We used bilateral intrahippocampal microdialysis to test the hypothesis that an increase in extracellular glutamate may trigger spontaneous seizures. The concentrations of glutamate and γ-aminobutyric acid (GABA), the brain's major inhibitory neutrotransmitter, were measured in microdialysates before and during seizures in 6 patients with complex partial epilepsy investigated before surgery. Before seizures, concentrations of glutamate were higher in the epileptogenic hippocampus, whereas GABA concentrations were lower. During seizures, there was a sustained increase in extracellular glutamate to potentially neurotoxic concentrations in the epileptogenic hippocampus. Moreover, the increase preceded seizure. GABA concentrations were unchanged before seizures, but increased during them, with a greater rise in the non-epileptogenic hippocampus, suggesting that a rise in extracellular glutamate may precipitate seizures and that the concentrations reached may cause cell death.

Summary

Background

 Choroideremia is an X-linked recessive disease that leads to blindness due to mutations in the CHM gene, which encodes the Rab escort protein 1 (REP1). We assessed the effects of retinal gene therapy with an adeno-associated viral (AAV) vector encoding REP1 (AAV.REP1) in patients with this disease. 

Methods

 In a multicentre clinical trial, six male patients (aged 35–63 years) with choroideremia were administered AAV.REP1 (0·6–1·0×10¹⁰ genome particles, subfoveal injection). Visual function tests included best corrected visual acuity, microperimetry, and retinal sensitivity tests for comparison of baseline values with 6 months after surgery. This study is registered with ClinicalTrials.gov, number NCT01461213. 

Findings

 Despite undergoing retinal detachment, which normally reduces vision, two patients with advanced choroideremia who had low baseline best corrected visual acuity gained 21 letters and 11 letters (more than two and four lines of vision). Four other patients with near normal best corrected visual acuity at baseline recovered to within one to three letters. Mean gain in visual acuity overall was 3·8 letters (SE 4·1). Maximal sensitivity measured with dark-adapted microperimetry increased in the treated eyes from 23·0 dB (SE 1·1) at baseline to 25·3 dB (1·3) after treatment (increase 2·3 dB [95% CI 0·8–3·8]). In all patients, over the 6 months, the increase in retinal sensitivity in the treated eyes (mean 1·7 [SE 1·0]) was correlated with the vector dose administered per mm² of surviving retina (r=0·82, p=0·04). By contrast, small non-significant reductions (p>0·05) were noted in the control eyes in both maximal sensitivity (–0·8 dB [1·5]) and mean sensitivity (–1·6 dB [0·9]). One patient in whom the vector was not administered to the fovea re-established variable eccentric fixation that included the ectopic island of surviving retinal pigment epithelium that had been exposed to vector. 

Interpretation

 The initial results of this retinal gene therapy trial are consistent with improved rod and cone function that overcome any negative effects of retinal detachment. These findings lend support to further assessment of gene therapy in the treatment of choroideremia and other diseases, such as age-related macular degeneration, for which intervention should ideally be applied before the onset of retinal thinning. 

Funding

 UK Department of Health and Wellcome Trust.

Balanced control of neuronal activity is central in maintaining function and viability of neuronal circuits. The endocannabinoid system tightly controls neuronal excitability. Here, we show that endocannabinoids directly target hippocampal glutamatergic neurons to provide protection against acute epileptiform seizures in mice. Functional CB1 cannabinoid receptors are present on glutamatergic terminals of the hippocampal formation, colocalizing with vesicular glutamate transporter 1 (VGluT1). Conditional deletion of the CB1 gene either in cortical glutamatergic neurons or in forebrain GABAergic neurons, as well as virally induced deletion of the CB1 gene in the hippocampus, demonstrate that the presence of CB1 receptors in glutamatergic hippocampal neurons is both necessary and sufficient to provide substantial endogenous protection against kainic acid (KA)-induced seizures. The direct endocannabinoid-mediated control of hippocampal glutamatergic neurotransmission may constitute a promising therapeutic target for the treatment of disorders associated with excessive excitatory neuronal activity.

Background Gene transfer of glutamic acid decarboxylase (GAD) and other methods that modulate production of GABA in the subthalamic nucleus improve basal ganglia function in parkinsonism in animal models. We aimed to assess the effect of bilateral delivery of AAV2-GAD in the subthalamic nucleus compared with sham surgery in patients with advanced Parkinson's disease. Methods Patients aged 30–75 years who had progressive levodopa-responsive Parkinson's disease and an overnight off-medication unified Parkinson's disease rating scale (UPDRS) motor score of 25 or more were enrolled into this double-blind, phase 2, randomised controlled trial, which took place at seven centres in the USA between Nov 17, 2008, and May 11, 2010. Infusion failure or catheter tip location beyond a predefined target zone led to exclusion of patients before unmasking for the efficacy analysis. The primary outcome measure was the 6-month change from baseline in double-blind assessment of off-medication UPDRS motor scores. This trial is registered with ClinicalTrials.gov, NCT00643890. Findings Of 66 patients assessed for eligibility, 23 were randomly assigned to sham surgery and 22 to AAV2-GAD infusions; of those, 21 and 16, respectively, were analysed. At the 6-month endpoint, UPDRS score for the AAV2-GAD group decreased by 8·1 points (SD 1·7, 23·1%; p<0·0001) and by 4·7 points in the sham group (1·5, 12·7%; p=0·003). The AAV2-GAD group showed a significantly greater improvement from baseline in UPDRS scores compared with the sham group over the 6-month course of the study (RMANOVA, p=0·04). One serious adverse event occurred within 6 months of surgery; this case of bowel obstruction occurred in the AAV2-GAD group, was not attributed to treatment or the surgical procedure, and fully resolved. Other adverse events were mild or moderate, likely related to surgery and resolved; the most common were headache (seven patients in the AAV2-GAD group vs two in the sham group) and nausea (six vs two). Interpretation The efficacy and safety of bilateral infusion of AAV2-GAD in the subthalamic nucleus supports its further development for Parkinson's disease and shows the promise for gene therapy for neurological disorders. Funding Neurologix.

The precise subunit composition of synaptic ionotropic receptors in the brain is poorly understood. This information is of particular importance with regard to AMPA-type glutamate receptors, the multimeric complexes assembled from GluA1-A4 subunits, as the trafficking of these receptors into and out of synapses is proposed to depend upon the subunit composition of the receptor. We report a molecular quantification of synaptic AMPA receptors (AMPARs) by employing a single-cell genetic approach coupled with electrophysiology in hippocampal CA1 pyramidal neurons. In contrast to prevailing views, we find that GluA1A2 heteromers are the dominant AMPARs at CA1 cell synapses (∼80%). In cells lacking GluA1, -A2, and -A3, synapses are devoid of AMPARs, yet synaptic NMDA receptors (NMDARs) and dendritic morphology remain unchanged. These data demonstrate a functional dissociation of AMPARs from trafficking of NMDARs and neuronal morphogenesis. This study provides a functional quantification of the subunit composition of AMPARs in the CNS and suggests novel roles for AMPAR subunits in receptor trafficking.