Étude de preuve de principe : un nouvel outil fait progresser la manière 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 fabriquer des protéines essentielles qui manquent dans ces cellules. Si davantage d’études vérifient 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 types de cancer.

Pour ceux qui cherchent à développer des traitements pour des maladies dans lesquelles 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 initier en toute sécurité le processus de production 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 Cellular Engineering de la Johns Hopkins University School of Medicine. Les thérapies qui ne ciblent pas précisément les cellules malades peuvent avoir des effets indésirables sur d’autres cellules saines, ajoute-t-il.

Deux méthodes actuellement utilisées pour introduire des packages 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 qui serait largement utile dans les modèles précliniques et cliniques », explique Blackshaw.

Une méthode actuelle de délivrance de packages biochimiques implique ce que l’on appelle des « mini-promoteurs » qui dirigent l’expression ou le processus de production 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 se fixent aux protéines présentes à la surface de certains types de cellules. Cependant, Blackshaw dit que ces méthodes sont aléatoires dans leur capacité à cibler spécifiquement un seul type de cellule et ne fonctionnent souvent pas 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 » montrant comment divers types de cellules utilisent l’épissage alternatif de l’ARN messager, un cousin de l’ADN, pour construire des modèles génétiques qui produire un ensemble de protéines en constante évolution dans la cellule. Les modifications dépendent du type et de l’emplacement de la cellule. Les cellules utilisent normalement l’épissage alternatif pour varier les types de protéines qu’une cellule peut fabriquer.

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

Cependant, les introns sont normalement très gros – ; parfois des millions de paires de bases longues et trop grandes pour être conditionnées dans les systèmes de livraison 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 emballées dans les systèmes de livraison d’expression génique que Blackshaw voulait tester.

Heureusement, pour leurs besoins, les modèles d’épissage alternatifs étaient similaires dans l’ADN humain et de souris 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 alternatifs d’ARN messager épissé qui pourraient être livrés dans les cellules via un virus bénin. Ils ont nommé les packages SLED, d’après la conception d’expressions liées par des épissures.

Lorsque le colis se glisse dans une alvéole, il s’y ouvre. Parce que le système SLED ne s’intègre pas naturellement dans le génome, l’équipe de recherche a ajouté des « promoteurs » génétiques qui déclenchent la production de protéines 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 paquets de SLED à des souris avec des photorécepteurs rétiniens dépourvus d’un gène PRPH2 fonctionnel, provoquant une rétinite pigmentaire, une maladie qui affecte la rétine. L’équipe a trouvé des preuves que les packs SLED aidaient à produire des protéines PRPH2 dans les photorécepteurs des souris traitées.

Dans les mélanomes oculaires humains cultivés en laboratoire, les scientifiques ont administré des packs SLED uniquement aux cellules de mélanome dépourvues du gène SF3B1. Le package SLED a libéré une protéine productrice d’ARN qui a provoqué la mort des cellules de mélanome.

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

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