Réglage fin des éditeurs d’épigénome | biotechnologie naturelle

Ces derniers mois, trois startups biotechnologiques – Chroma Medicine, Tune Therapeutics et Navega Therapeutics – ont levé 167 millions de dollars de financement et ont rejoint Sangamo Therapeutics et Encoded Therapeutics pour faire de l’édition de l’épigénome une réalité clinique. Ces startups construisent des plateformes principalement autour de systèmes CRISPR catalytiquement inactifs attachés à des domaines effecteurs qui modulent l’expression des gènes. Contrairement aux médicaments anticancéreux épigénétiques commercialisés qui agissent sur l’ensemble du génome avec des toxicités limitant la dose, la spécificité des éditeurs d’épigénome promet d’ouvrir une gamme de nouvelles indications au-delà de l’oncologie. Dans un paysage encombré d’inhibiteurs de petites molécules, d’anticorps monoclonaux, de thérapies géniques, de petits ARN interférents, d’oligonucléotides antisens et d’édition conventionnelle de gènes et de bases, la capacité des éditeurs d’épigénomes à restaurer les gènes inactivés par la maladie de manière ajustable et durable peut s’avérer essentielle créneau thérapeutique.

« L’épigénétique » – le terme décrivant la variation phénotypique qui n’est pas due à des changements de génotype – a été inventé il y a 89 ans par Conrad Waddington. Depuis lors, de grands progrès ont été réalisés dans la compréhension des mécanismes épigénétiques pour le contrôle des gènes, tels que B. Remodelage de la chromatine, méthylation de l’ADN au niveau des îlots CpG et modifications post-traductionnelles (par exemple, méthylation, acétylation, citrullination et phosphorylation) des queues N-terminales Ils dépassent des histones nucléaires qui conditionnent l’ADN génomique.

Plusieurs facteurs sont impliqués dans le remodelage de la chromatine, y compris les membres de la famille SWI/SNF dépendant de l’ATP, ISWI CHD/NURD/Mi-2 et INO80, les longs ARN intergéniques non codants, les ARNm et d’autres protéines. Les modifications covalentes de la chromatine sont réalisées par des enzymes agissant comme des « écrivains » (par exemple, les histones acétyltransférases, les histones méthyltransférases (EZH2 ou DOT1L) ou les ADN méthyltransférases), des « effaceurs » (par exemple, les histones désacétylases, les histones -déméthylases et les protéines TET qui oxydent 5)- méthylcytosine dans les dinucléotides CpG) et les « lecteurs » (par exemple les domaines bromo, les domaines CW et les domaines DPF). En collaborant pour contrôler les marques épigénétiques, ces enzymes peuvent activer (par exemple, en méthylant H3K4 (lysine 4 sur l’histone H3) ou acétyler H3K9) ou réprimer (par exemple, méthyler CpGs, H3K9 ou H3K27) la transcription). Des projets tels qu’ENCODE et le Roadmap Epigenomics Mapping Consortium ont accéléré notre compréhension des états épigénétiques en matière de santé et de maladie, mais la mesure dans laquelle les changements épigénétiques sont des moteurs ou des conséquences de la maladie reste souvent incertaine.

Cela n’a pas empêché les fabricants de médicaments de développer des médicaments pour inverser les conditions épigénétiques dysfonctionnelles en oncologie. Le dernier en date est Epizymes Tazverik (tazemetostat), une petite molécule inhibitrice d’EZH2 pour le traitement des sarcomes et des lymphomes folliculaires récidivants ou réfractaires. Au total, huit médicaments épigénétiques à petites molécules sont commercialisés. Tous agissent indifféremment sur des cibles épigénétiques à travers le génome ; et tous montrent peu d’efficacité, avec une toxicité dose-limitante associée à des effets secondaires tels que la thrombocytopénie, la neutropénie, les nausées et même la toxicité cardiaque.

Par conséquent, les éditeurs d’épigénomes spécifiques aux gènes offrent une simplicité séduisante : un domaine de liaison à l’ADN spécifique au gène – protéines à doigt de zinc (ZFP), Cas9 « mort » (dCas9) avec des mutations dans ses domaines d’endonucléase RuvC et HNH, ou un activateur de transcription effecteurs (TALE) – via un lieur d’acides aminés lié à un module effecteur enzymatique. Cet effecteur est soit une enzyme qui place ou supprime directement une modification épigénétique spécifique (par exemple TET, les histones déméthylases ou l’histone acétyltransférase p300) soit un activateur transcriptionnel (par exemple VP16) ou un répresseur (par exemple .KRAB).

Un défi consiste à obtenir des effets épigénétiques durables sur l’expression des gènes dans de nombreuses divisions cellulaires. Dans les éditeurs d’épigénomes de première génération, l’activité transcriptionnelle induite était souvent de courte durée après la fin de l’expression de la construction. Par conséquent, des combinaisons d’éditions d’épigénome qui sont maintenues de manière stable dans le temps et à travers les divisions cellulaires sont nécessaires. La répression transcriptionnelle à long terme a été obtenue par la méthylation de H3K9 et la méthylation de CpG en culture cellulaire, mais l’activation à long terme de l’expression génique s’est avérée plus difficile.

Bien que la livraison ex vivo d’éditeurs d’épigénome par électroporation soit possible, la livraison in vivo au-delà du foie et des yeux reste problématique (comme avec tous les médicaments macromoléculaires). Bien que le virus adéno-associé puisse accueillir les ZFP, dCas9 est trop grand pour s’adapter, bien que des variantes dCas9 avec de petits domaines effecteurs puissent être livrées.

Et bien que l’édition de l’épigénome n’introduise pas de changements permanents ou n’implique pas de ruptures d’ADN potentiellement génotoxiques, elle pose toujours des problèmes de sécurité.L’expression continue ou le dosage multiple comporte le risque d’induire des complications immunitaires (ici, les ZFP de mammifères peuvent avoir un avantage sur dCas9 dérivé de bactéries et TALE ont des domaines ). De même, les domaines effecteurs doivent être sondés pour leur capacité à cibler des protéines au-delà de la chromatine : p300 ou la protéine de liaison CREB, par exemple, peuvent acétyler l’oncoprotéine p53.

Compte tenu de notre compréhension rudimentaire de l’interaction complexe entre différents processus épigénétiques, quels modificateurs dans quelles combinaisons produisent finalement le résultat clinique souhaité ? L’édition de l’épigénome s’est révélée prometteuse dans un certain nombre de modèles précliniques, notamment le diabète, l’obésité, les maladies rénales aiguës, la douleur chronique et la rétinite pigmentaire, ainsi que des maladies rares telles que la dystrophie musculaire et le syndrome de Dravet. Deux startups ont dévoilé leurs programmes : Encoded développe un domaine de liaison à l’ADN attaché à un SCN1A-facteur de transcription spécifique sous le contrôle d’un élément régulateur spécifique des neurones inhibiteurs GABAergiques pour réguler positivement l’expression du Na_v1.1 canal pour le syndrome de Dravet, et Navega étudie les ZFP, ou dCas9, qui le ciblent SCN9A et fusionné avec KRAB pour supprimer le Na_v1,7 canal pour la douleur chronique.

Ce sera un chemin long et complexe, mais les thérapies d’édition de l’épigénome offrent plusieurs opportunités thérapeutiques uniques. Ils sont prometteurs pour les maladies monogéniques où les gènes cibles dépassent la capacité de charge utile de la thérapie génique AAV et où un gène endogène sain peut être régulé positivement. Mais peut-être que leurs applications thérapeutiques les plus convaincantes sont la restauration de l’expression génique dans les troubles congénitaux de l’empreinte génomique (par exemple, le syndrome de DiGeorge) et les troubles d’haploinsuffisance autosomique dominante. Ici, la capacité unique de construire des éditeurs d’épigénome avec des domaines effecteurs multiplexés promet une modalité thérapeutique qui peut affiner la transcription et éviter les toxicités associées à la surexpression.