Une étude de preuve de concept fait progresser une nouvelle façon potentielle d’administrer la thérapie génique

Les chercheurs de Johns Hopkins Medicine disent qu’ils ont utilisé avec succès le processus naturel d’une cellule pour fabriquer des protéines pour « glisser » des instructions génétiques dans une cellule et produire des protéines essentielles manquantes dans ces cellules. Si d’autres études confirment leurs résultats de preuve de concept, les scientifiques pourraient disposer d’une nouvelle méthode pour cibler des types de cellules spécifiques pour une variété de troubles qui pourraient être traités avec des thérapies géniques. Ces troubles comprennent les maladies neurodégénératives qui affectent le cerveau, y compris la maladie d’Alzheimer, les formes de cécité et certains cancers.

Pour ceux qui cherchent à développer des traitements pour des maladies où les cellules manquent d’une protéine spécifique, il est essentiel de cibler précisément la cellule responsable de la maladie dans chaque structure, comme le cerveau, pour lancer en toute sécurité le processus de fabrication de protéines de certains gènes, explique Seth Blackshaw, Ph.D., professeur de neurosciences au Département de neurosciences Sol Snyder et membre de l’Institute for Cell Engineering de la Johns Hopkins University School of Medicine. Les thérapies qui ne ciblent pas précisément les cellules malades peuvent avoir des effets imprévus sur d’autres cellules saines, ajoute-t-il.

Deux méthodes actuellement utilisées pour introduire des emballages de fabrication de protéines dans les cellules varient considérablement dans leur efficacité à la fois chez les modèles animaux et chez les humains. « Nous voulions développer un outil de livraison d’expression génique largement utile dans les modèles précliniques et cliniques », explique Blackshaw.

Une méthode actuelle d’envoi de colis biochimiques implique ce que l’on appelle des « mini-promoteurs » qui dirigent l’expression (processus de fabrication de protéines) de certains tronçons d’ADN. Blackshaw dit que cette méthode échoue souvent à exprimer les gènes dans le bon type de cellule.

Une autre méthode, appelée expression génique médiée par le sérotype, consiste à fournir des outils qui s’accrochent aux protéines qui cloutent la surface de certains types de cellules. Cependant, Blackshaw dit que de telles méthodes sont aléatoires dans leur capacité à cibler spécifiquement un seul type de cellule, et elles échouent souvent à fonctionner chez les humains, même après des tests réussis sur des modèles animaux.

L’étude de preuve de principe actuelle, décrite le 1er octobre dans Communication Nature, a ses racines dans des recherches antérieures du professeur adjoint de Johns Hopkins en pathologie Jonathan Ling, Ph.D., qui a publié des « cartes » décrivant comment divers types de cellules utilisent l’épissage alternatif de l’ARN messager, un cousin de l’ADN, pour construire des modèles génétiques qui produisent un ensemble de protéines en constante évolution dans la cellule. Les modifications dépendent du type et de l’emplacement d’une cellule. Les cellules utilisent normalement l’épissage alternatif pour varier les types de protéines qu’une cellule peut fabriquer.

Les cartes de Ling tracent les schémas par lesquels les cellules découpent les introns, ou les sections étrangères de l’ARN messager, et ne laissent que les parties informatives du matériel génétique, ou exons, qui expriment ou fabriquent réellement des protéines.

Cependant, les introns sont normalement très volumineux – parfois des millions de paires de bases de long et trop gros pour être conditionnés dans les systèmes de délivrance d’expression génique actuellement disponibles. Ling a découvert qu’environ 20% des modèles d’épissage alternatifs contenaient des sections d’ADN d’intron suffisamment petites pour être conditionnées dans les systèmes de délivrance d’expression génique que Blackshaw voulait tester.

Heureusement, pour leurs besoins, les schémas d’épissage alternatifs étaient similaires dans l’ADN de la souris et de l’homme, et donc potentiellement applicables à la fois à la recherche préclinique et à l’utilisation clinique.

En collaboration avec le boursier postdoctoral Alexei Bygrave, maintenant professeur adjoint à l’Université Tufts, Blackshaw et Ling ont créé des paquets d’ARN messager épissé alternatif qui pourraient être livrés dans les cellules via un virus bénin. Ils ont surnommé les packages SLED, pour la conception d’expression liée à l’épissage.

Lorsque le colis se glisse dans une alvéole, il s’y ouvre. Parce que le système SLED n’est pas naturellement intégré dans le génome, l’équipe de recherche a ajouté des « promoteurs » génétiques qui déclenchent la production de protéines à partir du produit SLED emballé.

Les chercheurs de Johns Hopkins Medicine ont construit des systèmes SLED pour les neurones excitateurs et les photorécepteurs cultivés en laboratoire et ont pu produire des protéines exclusivement dans ces types de cellules environ la moitié du temps. Les systèmes de mini-promoteurs actuels placent généralement les protéines au bon endroit environ 5 % du temps.

L’équipe a également injecté des packages SLED à des souris avec des photorécepteurs dans la rétine dépourvus d’un gène fonctionnel PRPH2, qui provoque la rétinite pigmentaire, une maladie affectant la rétine. L’équipe a trouvé des preuves que les packages SLED aidaient à produire des protéines PRPH2 dans les photorécepteurs des souris traitées.

Dans les mélanomes oculaires humains cultivés en laboratoire, les scientifiques ont livré des paquets SLED uniquement dans des cellules de mélanome dépourvues du gène SF3B1. Le package SLED a libéré une protéine productrice d’ARN qui a fait mourir les cellules de mélanome.

Blackshaw dit que le meilleur potentiel du système SLED peut être en combinaison avec d’autres systèmes de délivrance de gènes, et son laboratoire étudie des méthodes pour miniaturiser les introns afin d’accueillir des introns de plus grande taille dans les systèmes SLED.

Blackshaw et Ling ont déposé des brevets impliquant la technologie SLED.