Gene therapy restores the transcriptional program of hematopoietic stem cells in Fanconi anemia
Miren Lasaga,
Paula Río,
Amaia Vilas-Zornoza,
Nuria Planell,
Susana Navarro,
Diego Alignani,
Beatriz Fernández-Varas,
Daniel Mouzo,
Josune Zubicaray,
Roser M. Pujol,
Eileen Nicoletti,
Jonathan D. Schwartz,
Julián Sevilla,
Marina Ainciburi,
Asier Ullate-Agote,
Jordi Surrallés,
Rosario Perona,
Leandro Sastre,
Felipe Prosper,
David Gomez-Cabrero,
Juan A. Bueren
Affiliations
Miren Lasaga
Navarrabiomed, Complejo Hospitalario de Navarra (CHN), Universidad Pública de Navarra (UPNA), IdiSNA, Pamplona, Spain
Paula Río
Hematopoietic Innovative Therapies Division, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), Madrid, Spain; Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Madrid, Spain; Instituto de Investigaciones Sanitarias. Fundación Jiménez Díaz, Madrid, Spain
Amaia Vilas-Zornoza
Area de Hemato-Oncología, Centro de Investigación Médica Aplicada (CIMA), and Servicio de Hematologia y Terapia Celular, Clínica Universidad de Navarra, IDISNA, Pamplona, Spain; Centro de Investigación Biomédica en Red de Cáncer, CIBERONC
Nuria Planell
Navarrabiomed, Complejo Hospitalario de Navarra (CHN), Universidad Pública de Navarra (UPNA), IdiSNA, Pamplona, Spain
Susana Navarro
Hematopoietic Innovative Therapies Division, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), Madrid, Spain; Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Madrid, Spain; Instituto de Investigaciones Sanitarias. Fundación Jiménez Díaz, Madrid, Spain
Diego Alignani
Flow Cytometry Core, CIMA, Universidad de Navarra, Pamplona, Spain
Beatriz Fernández-Varas
Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Madrid, Spain; Instituto de Investigaciones Biomédicas Alberto Sols, CSIC/UAM
Daniel Mouzo
Navarrabiomed, Complejo Hospitalario de Navarra (CHN), Universidad Pública de Navarra (UPNA), IdiSNA, Pamplona, Spain
Josune Zubicaray
Hemoterapia y Hematología Pediátrica, Fundación para la Investigación Biomédica, Hospital Infantil Universitario Niño Jesús, Madrid, Spain
Roser M. Pujol
Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Madrid, Spain; Departmento de Genética y Microbiología, Universitat Autónoma de Barcelona, Barcelona, Spain; Fundación Instituto de Investigación del Hospital de la Santa Creu y Sant Pau, Barcelona, Spain
Eileen Nicoletti
Rocket Pharmaceuticals Inc, New York, NY, USA
Jonathan D. Schwartz
Rocket Pharmaceuticals Inc, New York, NY, USA
Julián Sevilla
Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Madrid, Spain; Hemoterapia y Hematología Pediátrica, Fundación para la Investigación Biomédica, Hospital Infantil Universitario Niño Jesús, Madrid, Spain
Marina Ainciburi
Area de Hemato-Oncología, Centro de Investigación Médica Aplicada (CIMA), and Servicio de Hematologia y Terapia Celular, Clínica Universidad de Navarra, IDISNA, Pamplona, Spain; Centro de Investigación Biomédica en Red de Cáncer, CIBERONC
Asier Ullate-Agote
Area de Hemato-Oncología, Centro de Investigación Médica Aplicada (CIMA), and Servicio de Hematologia y Terapia Celular, Clínica Universidad de Navarra, IDISNA, Pamplona, Spain; Centro de Investigación Biomédica en Red de Cáncer, CIBERONC
Jordi Surrallés
Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Madrid, Spain; Departmento de Genética y Microbiología, Universitat Autónoma de Barcelona, Barcelona, Spain; Fundación Instituto de Investigación del Hospital de la Santa Creu y Sant Pau, Barcelona, Spain
Rosario Perona
Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Madrid, Spain; Instituto de Investigaciones Biomédicas Alberto Sols, CSIC/UAM; Instituto de Salud Carlos III, Madrid, Spain
Leandro Sastre
Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Madrid, Spain; Instituto de Investigaciones Biomédicas Alberto Sols, CSIC/UAM
Felipe Prosper
Area de Hemato-Oncología, Centro de Investigación Médica Aplicada (CIMA), and Servicio de Hematologia y Terapia Celular, Clínica Universidad de Navarra, IDISNA, Pamplona, Spain; Centro de Investigación Biomédica en Red de Cáncer, CIBERONC
David Gomez-Cabrero
Navarrabiomed, Complejo Hospitalario de Navarra (CHN), Universidad Pública de Navarra (UPNA), IdiSNA, Pamplona, Spain; Biological and Environmental Science and Engineering Division, King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Thuwal, Saudi Arabia; Bioscience Program, King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Thuwal, Saudi Arabia
Juan A. Bueren
Hematopoietic Innovative Therapies Division, Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), Madrid, Spain; Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Madrid, Spain; Instituto de Investigaciones Sanitarias. Fundación Jiménez Díaz, Madrid, Spain
Clinical trials have shown that lentiviral-mediated gene therapy can ameliorate bone marrow failure (BMF) in nonconditioned Fanconi anemia (FA) patients resulting from the proliferative advantage of corrected FA hematopoietic stem and progenitor cells (HSPC). However, it is not yet known if gene therapy can revert affected molecular pathways in diseased HSPC. Single-cell RNA sequencing was performed in chimeric populations of corrected and uncorrected HSPC co-existing in the BM of gene therapy-treated FA patients. Our study demonstrates that gene therapy reverts the transcriptional signature of FA HSPC, which then resemble the transcriptional program of healthy donor HSPC. This includes a down-regulated expression of TGF-β and p21, typically up-regulated in FA HSPC, and upregulation of DNA damage response and telomere maintenance pathways. Our results show for the first time the potential of gene therapy to rescue defects in the HSPC transcriptional program from patients with inherited diseases; in this case, in FA characterized by BMF and cancer predisposition.