Blood disorders caused by abnormal β-globin — β-thalassaemia and sickle cell disease — are the most prevalent inherited disorders worldwide, with patients often remaining dependent on blood transfusions throughout their lives. So a report of the successful use of gene therapy in a case of severe β-thalassaemia — using a lentiviral vector expressing the β-globin gene — is an eagerly awaited event. More than two years after gene transfer, the adult male patient has been transfusion-independent for 21 months. The therapeutic benefit seems to result from a dominant, myeloid-biased cell clone that may remain benign, although it could yet develop into leukaemia — a reminder that gene therapy is still at an early stage. Disorders caused by abnormal β-globin, such as β-thalassaemia, are the most prevalent inherited disorders worldwide. For treatment, many patients are dependent on blood transfusions; thus far the only cure has involved matched transplantation of haematopoietic stem cells. Here it is shown that lentiviral β-globin gene transfer can be an effective substitute for regular transfusions in a patient with severe β-thalassaemia. The β-haemoglobinopathies are the most prevalent inherited disorders worldwide. Gene therapy of β-thalassaemia is particularly challenging given the requirement for massive haemoglobin production in a lineage-specific manner and the lack of selective advantage for corrected haematopoietic stem cells. Compound βE/β0-thalassaemia is the most common form of severe thalassaemia in southeast Asian countries and their diasporas1,2. The βE-globin allele bears a point mutation that causes alternative splicing. The abnormally spliced form is non-coding, whereas the correctly spliced messenger RNA expresses a mutated βE-globin with partial instability1,2. When this is compounded with a non-functional β0 allele, a profound decrease in β-globin synthesis results, and approximately half of βE/β0-thalassaemia patients are transfusion-dependent1,2. The only available curative therapy is allogeneic haematopoietic stem cell transplantation, although most patients do not have a human-leukocyte-antigen-matched, geno-identical donor, and those who do still risk rejection or graft-versus-host disease. Here we show that, 33 months after lentiviral β-globin gene transfer, an adult patient with severe βE/β0-thalassaemia dependent on monthly transfusions since early childhood has become transfusion independent for the past 21 months. Blood haemoglobin is maintained between 9 and 10 g dl−1, of which one-third contains vector-encoded β-globin. Most of the therapeutic benefit results from a dominant, myeloid-biased cell clone, in which the integrated vector causes transcriptional activation of HMGA2 in erythroid cells with further increased expression of a truncated HMGA2 mRNA insensitive to degradation by let-7 microRNAs. The clonal dominance that accompanies therapeutic efficacy may be coincidental and stochastic or result from a hitherto benign cell expansion caused by dysregulation of the HMGA2 gene in stem/progenitor cells.

A retrovirus packaging cell line was constructed by using portions of the Moloney murine leukemia virus in which the gag, pol, and env genes of the helper virus were separated onto two different plasmids and in which the psi packaging signal and 3' long terminal repeat were removed. The plasmid containing the gag and pol genes and the plasmid containing the env gene were cotransfected into NIH 3T3 cells. Clones that produced high levels of reverse transcriptase and env protein were tested for their ability to package the replication-defective retrovirus vectors delta neo and N2. One of the gag-pol and env clones (GP+E-86) was able to transfer G418 resistance to recipient cells at a titer of as high as 1.7 X 10(5) when it was used to package delta neo and as high as 4 X 10(6) when it was used to package N2. Supernatants of clones transfected with the intact parent gag-pol-env plasmid 3P0 had comparable titers (as high as 6.5 X 10(4) with delta neo; as high as 1.7 X 10(5) with N2). Tests for recombination events that might result in intact retrovirus showed no evidence for the generation of replication-competent virus. These results suggest that gag, pol, and env, when present on different plasmids, may provide an efficient and safe packaging line for use in retroviral gene transfer.

An amphotropic retrovirus packaging cell line was constructed in which the gag, pol, and env genes of the helper virus are separated on two different plasmids and in which the packaging signals and 3' long terminal repeats are removed. To do this, a plasmid containing the Moloney murine leukemia virus gag and pol gene was transfected into NIH 3T3 cells, and a plasmid containing the 4070A amphotropic env gene was transfected into one of the resulting clones which produced a high level of reverse transcriptase. A clone producing a high level of amphotropic env protein (GP + envAm12) was then isolated. When transfected into GP + envAm12 cells, titers of the retroviral vector N2, containing a neomycin resistance gene, ranged from 10(2) to greater than 10(6) CFU/ml on 3T3 cells, from 1.3 x 10(4) to 2.7 x 10(5) CFU/ml on HeLa cells, and from 1.0 x 10(2) to 6.0 x 10(3) CFU/ml on K562 cells when assayed by G418 resistance. These titers were comparable to titers obtained using the PA317 cell line. Tests for the safety of the GP + envAm12 packaging line showed no evidence for the generation of wild-type virus. Thus, the efficiency and safety of the GP + envAm12 cell line in gene transfer into human cells may provide an optimal system for experiments whose goal is human gene therapy.