Thérapie génique : un "gène-médicament" prometteur ouvre la voie au traitement de la myopathie de Duchenne

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Le 12 novembre 2014 

Une collaboration impliquant trois laboratoires soutenus par l’AFM-Téléthon, Atlantic Gene Therapies (AFM-Téléthon, Inserm UMR 1089, Université de Nantes, CHU de Nantes), Généthon et l’Institut de Myologie, a permis de démontrer l’efficacité d’un traitement innovant de thérapie génique chez chien atteint de la myopathie de Duchenne. Impliquant notamment des chercheurs du Laboratoire de thérapie génique (Université de Nantes/Inserm) ces travaux ouvrent la voie à la mise en place d’un essai clinique.

La dystrophie musculaire de Duchenne est la maladie neuromusculaire la plus fréquente chez l'enfant (1 garçon atteint sur 3 500 à 5 000 naissances) due à une anomalie génétique dans un gène entraînant l'absence d'une protéine indispensable au bon fonctionnement des muscles : la dystrophine. Des chercheurs nantais ont eu l'idée de développer un traitement basé sur l'utilisation d'un vecteur (Adeno Associated Virus) portant un transgène et permettant la production de dystrophine dans le muscle du malade.
 
*         Sécurité, efficacité et stabilité du traitement chez le chien
Le "gène-médicament" développé a été administré dans les pattes antérieures de 18 chiens. "Le traitement a bien été toléré par les chiens. Les tests ont montré que la dégénérescence musculaire était stoppée dans la patte traitée" explique Caroline Le Guiner, responsable du projet de recherche  au sein du laboratoire de thérapie génique translationnelle des maladies neuromusculaires et de la rétine (UMR 1089). Les résultats ont également indiqués que le traitement produit dans le tissu musculaire un effet prolongé et stable dans le temps d'observation de l'étude et ne nécessite pas d'être ré-administré régulièrement.

"La synthèse de "nouvelle" dystrophine est dépendante de la dose de vecteur injectée : plus la dose est forte et plus le saut d'exon est efficace. La force musculaire augmente également avec la dose injectée. 80 % des fibres musculaires expriment la "nouvelle" dystrophine avec la dose la plus élevée", souligne Caroline Le Guiner. "Un résultat extrêmement encourageant car une expression minimum de 40 % de la dystrophine dans les fibres musculaires est nécessaire pour que la force soit réellement améliorée."
 
*         Vers un essai clinique
Ces résultats ouvrent la voie à la mise en place d'un essai clinique qui visera à traiter, par voie locorégionale, le membre supérieur de personnes atteintes de dystrophie musculaire de Duchenne et dont la dystrophine peut être corrigée. Les études de toxicologie et biodistribution réglementaires viennent de s'achever et le dépôt d'un dossier auprès des autorités réglementaires est prévu pour 2015. Ces travaux, financés en majeure partie par les dons du Téléthon, ont également bénéficié de financements dans le cadre du programme ADNA (Advanced Diagnostics for New Therapeutic Approaches), un programme dédié au développement de la médecine personnalisée et soutenu par la Banque Publique d'Investissement.

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Une thérapie génique à l’étude contre la maladie de Steinert

COMMUNIQUÉ | 10 FÉVR. 2022 - 17H00 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

BASES MOLÉCULAIRES ET STRUCTURALES DU VIVANT | GÉNÉTIQUE, GÉNOMIQUE ET BIO-INFORMATIQUE

La maladie de Steinert est due à une répétition anormale d’une petite séquence d’ADN au niveau du gène DMPK. © Unsplash

La dystrophie myotonique de type 1 (DM1) ou maladie de Steinert est une maladie neuromusculaire génétique rare et invalidante, qui touche de nombreux organes et dont l’issue est fatale. Aucun traitement n’est disponible à ce jour pour les malades. Forts de précédentes recherches sur les causes moléculaires de la maladie, des chercheurs et chercheuses de l’Inserm, du CNRS, de Sorbonne Université, du CHU Lille et de l’Université de Lille, en partenariat avec l’Institut de myologie, au sein du Centre de recherche en myologie et du centre Lille neuroscience & cognition, ont développé et testé une thérapie génique prometteuse qui agit directement sur l’origine de la maladie. Les premiers résultats publiés dans Nature Biomedical Engineering  montrent, chez la souris, une correction des altérations moléculaires et physiologiques du muscle squelettique[1].
La dystrophie myotonique de type 1 (DM1) ou maladie de Steinert est une maladie neuromusculaire génétique et héréditaire rare qui touche environ 1 personne sur 8 000. Invalidante et mortelle, cette affection est dite « multisystémique » car, elle touche à la fois les muscles (affaiblissement et atrophie des muscles appelés « dystrophie », défaut de relaxation musculaire appelé « myotonie »), mais aussi d’autres organes (appareil cardiorespiratoire, système digestif, système nerveux…). Elle s’exprime et évolue très différemment d’un malade à l’autre et n’a pour l’heure pas de traitement.
Elle est due à une répétition anormale d’une petite séquence d’ADN (triplet CTG[2]) au niveau du gène DMPK (Dystrophie Myotonine Protéine Kinase) situé sur le chromosome 19. Chez un individu sain, cette séquence est présente mais répétée 5 à 37 fois. En revanche, chez les patients atteints de DM1, on observe une mutation qui se traduit par une augmentation du nombre de triplets, pouvant atteindre plusieurs milliers de répétitions.

À propos des mécanismes permettant l’expression des gènes

Pour conduire à la production d’une protéine, un gène (localisé dans le noyau de la cellule) est d’abord transcrit en une molécule d’ARN. Pour devenir un ARN messager (ARNm), il va subir une maturation, passant notamment par un épissage : schématiquement, la molécule est coupée en morceaux dont certains sont éliminés et d’autres joints. Grâce à ce processus finement régulé, un seul gène peut conduire à la synthèse de différents ARNm, et donc de différentes protéines. Après l’épissage, l’ARNm mature sera finalement traduit en protéine, à l’extérieur du noyau cellulaire.
Dans la maladie de Steinert, le gène muté est transcrit mais les ARNm mutants sont retenus dans le noyau des cellules sous forme d’agrégats caractéristiques. En effet, dans les cellules des personnes atteintes de DM1, les protéines MBNL1 qui se lient normalement à certains ARN pour réguler leur épissage et leur maturation, sont « capturées » par les ARN porteurs de la mutation.

Ainsi séquestrées dans les agrégats, il leur est impossible d’exercer leurs fonctions, ce qui entraîne la production de protéines non, ou moins, fonctionnelles, dont certaines ont été associées à des symptômes cliniques.

L’équipe dirigée par Denis Furling, directeur de recherche CNRS, au sein du Centre de recherche en myologie (Inserm/Sorbonne université/Institut de myologie), en association avec celle de Nicolas Sergeant, directeur de recherche Inserm du centre Lille neuroscience & cognition (Inserm/Université de Lille/CHU Lille), s’est intéressée à une stratégie thérapeutique visant à restaurer l’activité initiale de MBNL1 dans les cellules musculaires squelettiques exprimant la mutation responsable de la maladie de Steinert.

Pour cela, les scientifiques ont conçu par ingénierie des protéines modifiées présentant, comme la protéine MBNL1, des caractéristiques de liaison aux ARN porteurs de la mutation et agissant par conséquent comme un leurre pour ces ARN.

Ils ont observé en exprimant ces protéines leurres in vitro dans des cellules musculaires issues de patients atteint de DM1, qu’elles étaient capturées par les ARN mutés en lieu et place des protéines MBNL1. Ces dernières, étaient alors libérées des agrégats d’ARN mutés et retrouvaient leur fonction normale. Ainsi, les erreurs d’épissage présentes initialement dans ces cellules disparaissaient. Enfin, l’ARN muté lié aux protéines leurres s’avérait moins stable et pouvait être plus facilement et efficacement éliminé par la cellule.


Agrégats d’ARN-DMPK mutant contenant des répétitions pathologiques de triplets (rouge) visualisées par FISH/IF dans les noyaux (bleu) de cellules musculaires (vert) isolées de patients atteint de Dystrophie Myotonique de type 1. ©Denis Furling et Nicolas Sergeant

L’équipe de recherche a ensuite transposé cette technique dans un modèle animal afin de vérifier la validité de cette approche in vivo. À l’aide des vecteurs viraux utilisés en thérapie génique, les protéine leurres ont été exprimées dans le muscle squelettique de souris modèles de la maladie de Steinert. Chez ces dernières, une seule injection a permis de corriger efficacement, sur une longue durée et avec peu d’effets secondaires, les atteintes musculaires associées à la maladie, en particulier les erreurs d’épissage, la myopathie et la myotonie.
« Nos résultats soulignent l’efficacité contre les symptômes de la maladie de Steinert, d’une thérapie génique fondée sur la production par bio-ingénierie de protéines leurres de liaison à l’ARN possédant une forte affinité pour les répétitions pathologiques présentes dans l’ARN muté, afin de libérer les protéines MBNL1 et de retrouver leurs fonctions régulatrices », déclare Denis Furling. Cependant les auteurs pointent que des études additionnelles sont nécessaires avant de pouvoir transposer cette thérapie en étude clinique.

« Ces travaux ouvrent la voie au développement de solutions thérapeutiques dans le cadre d’autres maladies dans lesquelles des répétitions pathologiques dans l’ARN entraînent une dysfonction de la régulation de l’épissage », conclut Nicolas Sergeant.
 
[1] Le muscle strié squelettique est le muscle qui est attaché au squelette par les tendons et qui, par sa capacité à se contracter, permet d’effectuer des mouvements précis dans une direction bien définie.
[2] La séquence de codage d’un gène est composée d’un enchaînement de différentes combinaisons de 4 acides nucléiques : adénine, guanine, cytosine et thymine (remplacé par uracile dans l’ARN). Ceux-ci sont organisés en triplets (ou codons), dont la bonne « lecture » par la machinerie cellulaire permet l’expression d’une protéine.

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Découverte du mécanisme cérébral impliqué dans la réponse face au danger

COMMUNIQUÉ | 29 JUIL. 2021 - 10H00 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

NEUROSCIENCES, SCIENCES COGNITIVES, NEUROLOGIE, PSYCHIATRIE

Cellules neuronales/ Onimate © Adobe Stock
Chez l’humain et l’animal, la réponse défensive est un mécanisme de notre cerveau qui nous permet de réagir efficacement face à un danger. L’une des principales réponse défensive est l’évitement. Mais l’évitement excessif en l’absence de menace réelle est un marqueur de pathologies liées à l’anxiété, et les mécanismes neuronaux qui en sont à l’origine sont encore mal compris. Une équipe de chercheurs de l’Inserm et de l’Université de Bordeaux au Neurocentre Magendie a récemment révélé l’interdépendance de deux régions du cerveau, l’amygdale basolatérale et le cortex préfrontal dorsomédial, dans ce mécanisme. Ces nouvelles données, publiées dans la revue Nature, permettent d’ouvrir de nouvelles pistes pour traiter les patients atteints de troubles de l’anxiété, en ciblant directement les régions du cerveau qui en sont à l’origine.

Lorsqu’un danger est proche, on retrouve chez l’humain et l’animal un mécanisme d’évitement, qui lui permet de prendre la fuite pour se protéger. Chez certaines personnes, cette réponse défensive est disproportionnée, se produit en dehors de tout danger et est symptomatique d’un trouble de l’anxiété.  Connaître les mécanismes du cerveau qui sont à l’origine de cette réaction est crucial pour ouvrir des pistes thérapeutiques durables et efficaces sur les patients atteints de ces troubles.

Le rôle clé de l’amygdale et du cortex préfrontal dans la réponse d’évitement
Il existe deux principales réactions défensives : l’immobilité lorsque le danger est éloigné, et l’évitement lorsqu’il est proche. Si les mécanismes de la première sont bien connus des scientifiques car plus faciles à étudier (il est en effet plus simple d’observer les modifications neuronales sur un animal immobile) ceux de la seconde demeurent mal connus. Depuis ces dix dernières années, les scientifiques savaient que deux régions du cerveau, l’amygdale basolatérale et le cortex préfrontal dorsomédial, étaient impliquées mais ignoraient dans quelle mesure elles travaillaient ensemble pour déclencher cette réaction d’évitement.
 L’équipe de Cyril Herry au Neurocentre Magendie a observé chez les souris les mécanismes neuronaux-sous-jacent à l’origine de l’évitement. Pour cela, les chercheurs ont placé des souris dans un labyrinthe composé de deux compartiments. Dans l’un d’eux, un son désagréable était émis, associé à une menace. La souris avait alors la possibilité de fuir dans l’autre compartiment, arrêtant ainsi le son associé à un danger.

Pour comprendre le rôle de l’amygdale et du cortex préfrontal dans cette stratégie d’évitement, les chercheurs ont désactivé temporairement ces deux régions chez les souris pendant l’expérience. Ils ont ensuite utilisé les approches optogénétique[1] couplées à des enregistrements de l’activité électrique des neurones, afin de manipuler et d’observer en temps réel au niveau neuronal les modifications comportementales qui se produisaient. Le résultat est significatif : au moment où la souris reçoit le stimulus auditif, quelle que soit la région désactivée (amygdale ou cortex préfrontal), la réponse d’évitement est fortement perturbée. Cela démontre le rôle clé de ces deux régions du cerveau, à la fois dans la reconnaissance d’une menace, et dans la réponse d’évitement.
En outre, les chercheurs ont découvert que le cortex préfrontal associe non seulement le son à une menace, mais contrôle l’action à venir. En effet, une seconde avant que la décision de fuir ne soit prise chez la souris, les chercheurs ont constaté une activation des neurones dans le cortex préfrontal. L’amygdale intervient ensuite pour faire persister au sein du cortex préfrontal cette association entre le son désagréable et la prise de décision de l’animal. Le maintien de cette information dans le cortex préfrontal grâce à l’amygdale est ce qui permet in fine à l’animal de prendre la décision de fuir.

 Le mécanisme d’évitement est donc conditionné par l’interaction entre l’amygdale et le cortex préfrontal.


Une avancée prometteuse pour traiter les troubles de l’anxiété grâce à l’intelligence artificielle
L’intelligence artificielle permet de prédire le comportement de l’animal à partir de schémas de l’activité neuronale passée. Néanmoins cette technique avait rarement été appliquée dans les recherches liées aux comportements émotionnels.

Dans cette étude, l’IA a été mobilisée pour prédire le comportement de l’animal en présence d’une menace, et cette technique est tout-à-fait applicable à l’humain.
Bien que cette méthode n’aie encore jamais été testée chez l’homme, « il serait possible avec l’intelligence artificielle de prédire ,en fonction d’un enregistrement en temps réel de l’activité du cerveau, quel va être le comportement de tel ou tel individu dans une situation émotionnelle négative et éventuellement de développer des outils qui permettent réguler en temps réel les modifications neuronales qui y sont associées » souligne Cyril Herry, co-auteur de l’étude. Il s’agit d’une avancée importante pour les patients atteints de stress post-traumatique ou d’anxiété généralisée, qui ont une réaction d’évitement excessive en l’absence de menace réelle. Pouvoir prédire les modifications neuronales associées à cette anxiété permettra de traiter les symptômes en temps réel, et d’en cibler les causes physiologiques profondes.

 
[1]L’optogénétique consiste à modifier génétiquement certaines cellules neuronales pour les rendre sensibles à la lumière. Cela permet par exemple d’activer ou d’inhiber certains neurones bien ciblés grâce à un rayon de lumière, sans toutefois affecter les neurones voisins. Ainsi, cette technique permet de trouver des liens de causalité entre des activités neuronales et des manifestations comportementales.

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Filmer le cerveau pour mieux comprendre le sommeil

| 19 DÉC. 2018 - 16H24 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

NEUROSCIENCES, SCIENCES COGNITIVES, NEUROLOGIE, PSYCHIATRIE

Que se passe-t-il dans notre cerveau lorsque nous dormons ? Pour répondre à cette question, des chercheurs français ont réalisé les premiers films de l’ensemble du cerveau du rat pendant son sommeil grâce à une technique innovante d’imagerie par ultrasons. Ils ont ainsi pu observer de façon précise le fonctionnement du cerveau des rongeurs, notamment pendant la phase de sommeil paradoxal. Ces résultats ont été obtenus dans des laboratoires communs à l’Inserm, l’ESPCI Paris, au CNRS, et à Sorbonne Université. Publiés dans Nature Communications, ils permettent de redéfinir cette période comme une phase d’hyper-synchronisation cérébrale, caractérisée par des pics massifs de débit sanguin, en particulier dans l’hippocampe. Ces nouvelles données qui questionnent le rôle attribué jusqu’à présent au sommeil paradoxal, doivent encore être confirmées chez l’être humain.

Le sommeil paradoxal est un état de sommeil particulier pendant lequel l’activité cérébrale est proche de celle de l’éveil tout en étant associée à une inhibition de l’activité musculaire. Il se caractérise notamment par des mouvements oculaires rapides et a longtemps été considéré comme uniquement impliqué dans les rêves et les processus émotionnels. Cependant, de récentes études ont montré qu’il jouait également un rôle majeur dans la plasticité neuronale de l’hippocampe, c’est-à-dire la capacité des neurones à reconfigurer leurs connexions.
Afin de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau pendant le sommeil paradoxal, des chercheurs de l’unité Inserm 979 « Physique des ondes pour la Médecine » dirigée par Mickaël Tanter au sein de l’Institut Langevin (ESPCI Paris/CNRS) et récemment labellisée Accélérateur de recherche technologique « Ultrasons biomédicaux » en collaboration avec le laboratoire Neuroscience Paris-Seine (Sorbonne Université/CNRS/Inserm), ont étudié l’activité cérébrale chez le rat pendant son sommeil. Pour cela, ils ont couplé la technique d’électroencéphalographie (EEG), qui enregistre l’activité électrique des neurones, avec une technique d’imagerie par ultrasons ultrarapides appelée fUS (pour functional ultrasound). Cette technique innovante, développée par l’équipe de Mickaël Tanter, permet de visualiser avec une grande précision les variations des flux sanguins liés à l’activité neuronale dans l’ensemble du cerveau de rats éveillés et en mouvement.

L’équipe de recherche a observé que le sommeil paradoxal chez le rat est associé à une forte augmentation du débit sanguin dans le cerveau, se présentant sous forme de vagues qui atteignent d’abord les régions sous-corticales et se déplacent ensuite le long de l’hippocampe puis du cortex.

En comparaison, les phases de sommeil non-paradoxal et de réveil chez le rat inactif présentent des volumes sanguins cérébraux relativement bas.

Cette hyperactivité vasculaire lors du sommeil paradoxal est caractérisée par deux phases : l’une proche de ce qui est observé lors d’un enregistrement chez un rat en activité, et l’autre inconnue jusqu’alors, composée d’augmentations soudaines du débit sanguin que les chercheurs ont appelées « poussées vasculaires ». Ces dernières qui durent en moyenne 5 à 30 secondes, peuvent perdurer pendant 1 minute dans les régions corticales et sont particulièrement puissantes dans l’hippocampe.


Les chercheurs ont réussi à identifier un signal électrique dans l’hippocampe (zone cruciale pour la mémoire) caractéristique de ces pics d’augmentation du débit sanguin. Ce signal – des oscillations gamma à haute fréquence – est ordinairement observé chez un rat éveillé. Leur intensité lors du sommeil paradoxal  est directement corrélée à celle de la poussée vasculaire, ce qui suggère que ces oscillations locales pourraient contrôler le débit vasculaire de l’ensemble du cerveau « Cette information est cruciale, précise Antoine Bergel, co-auteur auteur de l’étude, car elle permet de cibler des régions du cerveau très précises  potentiellement impliquées dans la genèse de ces événements vasculaires intenses. »

Les scientifiques ont également constaté qu’il existait, durant le sommeil paradoxal, un phénomène de synchronisation vasculaire entre des aires cérébrales éloignées les unes des autres (cortex, hippocampe, et thalamus) bien plus important que dans tout autre état de sommeil ou d’éveil.
Ces travaux présentent les tous premiers films du cerveau entier durant le sommeil paradoxal et confirment l’intérêt des ultrasons neuro-fonctionnels pour la recherche fondamentale en neurosciences. A l’heure actuelle, la technique fUS reste difficile à appliquer chez l’être humain adulte. Cependant, il est d’ores et déjà possible de confirmer ces résultats chez le nouveau-né, tout en considérant que l’extrapolation à la physiologie humaine doit se faire avec prudence. Ces résultats représentent néanmoins une avancée majeure pour la compréhension du couplage entre activité électrique et vasculaire (un phénomène impliqué dans nombre de pathologies humaines comme les accidents vasculaires cérébraux ou l’épilepsie) et questionnent notre compréhension du sommeil paradoxal, dont la fonction reste inconnue.

Images obtenues par la technique fUS et signaux EEG issus d’un cerveau de rat pendant l’éveil, le sommeil profond et le sommeil paradoxal. A l’inverse des signaux électriques fortement similaires entre éveil et sommeil paradoxal, l’activité vasculaire du cerveau est beaucoup plus intense et plus « synchronisée » que pendant l’éveil. Les structures cérébrales sont identifiées en superposant un atlas de cerveau aux images du réseau vasculaire.

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