Les maladies musculaires génétiques entraînent une fonte musculaire progressive et souvent une mort prématurée, avec peu d’options de traitement et aucun remède. Certaines thérapies géniques qui utilisent un virus inoffensif pour fournir une copie fonctionnelle d’un gène pathogène aux cellules se sont révélées prometteuses dans les essais cliniques pour un sous-ensemble de dystrophies musculaires, mais ont rencontré des difficultés. Des doses élevées du virus porteur du gène sont nécessaires pour atteindre les muscles dans tout le corps et les virus utilisés dans ces essais se retrouvent souvent dans le foie plus que dans le muscle. Cela a conduit à des niveaux élevés de virus dans le foie, à de graves effets secondaires indésirables et même à la mort chez certains participants à l’essai.
Des chercheurs du Broad Institute du MIT et de Harvard et de l’Université Harvard ont développé une nouvelle famille de virus adéno-associés (AAV) – ; le cheval de bataille de la thérapie génique pour la délivrance de gènes – ; qui améliorent le ciblage du tissu musculaire, ce qui pourrait être plus sûr et plus efficace pour les patients atteints de maladie musculaire. Ce groupe de vecteurs viraux, que les chercheurs appellent MyoAAV, est plus de 10 fois plus efficace pour atteindre les muscles que ceux actuellement utilisés dans les essais cliniques et évite largement le foie. L’équipe a montré qu’en raison de cette efficacité accrue, MyoAAV peut être utilisé pour délivrer des gènes thérapeutiques à des doses environ 100 à 250 fois inférieures à celles des autres vecteurs viraux utilisés dans d’autres études et essais, réduisant potentiellement le risque de lésions hépatiques et d’autres effets secondaires graves. .
Dans une étude publiée dans Cellule, Sharif Tabebordbar, chercheur au Broad, et ses collaborateurs décrivent comment ils ont modifié l’enveloppe protéique externe de l’AAV, connue sous le nom de capside, pour créer MyoAAV. Ils l’ont fait en utilisant une méthode qu’ils ont développée appelée évolution dirigée des capsides d’AAV en exploitant l’expression in vivo de l’ARN transgénique (DELIVER).
À l’aide de MyoAAV, les chercheurs ont délivré des gènes thérapeutiques ou le système d’édition de gènes CRISPR-Cas9 spécifiquement aux cellules musculaires. Ils ont amélioré la fonction musculaire dans des modèles murins de dystrophie musculaire de Duchenne, la forme la plus courante de maladie musculaire génétique, et d’une maladie plus rare appelée myopathie myotubulaire liée à l’X. Les chercheurs ont également découvert que MyoAAV peut efficacement administrer des thérapies géniques aux muscles des primates non humains et aux cellules musculaires humaines.
Les résultats sont l’aboutissement de 10 ans de travail de Tabebordbar, le premier auteur de l’étude, qui a consacré sa carrière à trouver une meilleure thérapie génique pour les maladies musculaires génétiques. Lorsque Tabebordbar était adolescent, son père a commencé à avoir du mal à marcher et est finalement devenu en fauteuil roulant. On lui a par la suite diagnostiqué une maladie musculaire génétique rare.
« J’ai vu mon père empirer de jour en jour. C’était un énorme défi de faire les choses ensemble en famille – les maladies génétiques sont un fardeau non seulement pour les patients mais pour les familles. J’ai pensé : C’est très injuste pour les patients et il faut être un moyen de résoudre ce problème. Cela a été ma motivation pendant les 10 années que je travaille dans le domaine de la thérapie génique », a déclaré Tabebordbar, qui est dans le laboratoire de Pardis Sabeti, membre de l’institut à Broad et professeur à Harvard Université.
« Il y a eu de nombreuses études d’ingénierie des capsides, dont nous avons beaucoup appris, mais ce que nous avons fait ici est très complet. Nous avons développé une famille de capsides, trouvé le mécanisme par lequel elle délivre des gènes, montré que cela mécanisme est conservé entre les espèces et a montré que nous pouvons apporter un avantage thérapeutique dans des modèles animaux avec une dose extrêmement faible du virus. Nous sommes maintenant extrêmement enthousiastes à l’idée de savoir comment cela peut être utilisé pour permettre le développement efficace de médicaments pour les patients », a déclaré Tabebordbar .
Se concentrer sur le muscle
Le domaine de la thérapie génique a fait des progrès significatifs dans la restauration de copies fonctionnelles de gènes dysfonctionnels pour une gamme de maladies génétiques. La transmission de gènes fonctionnels aux cellules musculaires s’est révélée prometteuse pour le traitement des maladies musculaires, mais s’est avérée difficile.
Les scientifiques effectuent des travaux précliniques depuis in vivo thérapie génique au cours des 15 dernières années et ont fait d’énormes progrès. Nous savons que si vous introduisez suffisamment de médicament dans le tissu cible, il sera efficace. Il s’agit de délivrer une dose sûre du virus. »
Sharif Tabebordbar, chercheur au Broad
Tabebordbar et son équipe ont commencé avec AAV9, un véhicule de délivrance de gènes couramment utilisé en thérapie génique, et ont utilisé DELIVER pour améliorer sa capacité à transférer des gènes dans les cellules musculaires.
Les chercheurs ont d’abord généré des millions de capsides d’AAV différentes en ajoutant des chaînes aléatoires d’acides aminés à la partie de la capside d’AAV qui est exposée à la surface du virus et se lie aux cellules. Ils ont ensuite injecté les capsides dans des souris et des primates non humains et ont échantillonné et séquencé les tissus musculaires dans tout le corps pour rechercher les capsides qui avaient livré avec succès leur cargaison génétique. Ils ont trouvé une famille de variantes de capside – ; MyoAAV – ; avec une structure de surface unique qui cible spécifiquement les cellules musculaires et a utilisé MyoAAV pour la prochaine étape : tenter de traiter les maladies musculaires génétiques dans des modèles animaux.
« Notre méthode est unique car nous avons criblé un large éventail de capsides et utilisé des critères de sélection très stricts. Nous voulions trouver des capsides qui pourraient non seulement entrer physiquement dans la cellule, mais également passer par différentes étapes de transduction et exprimer leurs transgènes », a déclaré Tabebordbar .
Réparation de gènes chez la souris
Dans le modèle murin de la dystrophie musculaire de Duchenne, MyoAAV portant CRISPR-Cas9 a conduit à une réparation plus répandue du gène dysfonctionnel, appelé dystrophine, dans le tissu musculaire par rapport à l’AAV9 conventionnel portant les composants CRISPR. Les muscles des animaux traités par MyoAAV ont également montré une plus grande force et fonction.
En collaboration avec le laboratoire d’Alan Beggs au Boston Children’s Hospital, l’équipe de recherche a montré que MyoAAV était également efficace pour traiter la myopathie myotubulaire liée à l’X (XLMTM) chez la souris, une maladie mortelle après environ 10 semaines chez ces animaux. Après avoir reçu une quantité 100 fois inférieure du virus actuellement utilisé dans les essais cliniques, les six souris traitées avec MyoAAV dans l’étude ont vécu aussi longtemps que les souris normales, tandis que les souris traitées avec AAV9 n’ont vécu que jusqu’à 21 semaines.
MyoAAV conçu pour les primates non humains a également délivré des gènes aux muscles de ces animaux beaucoup plus efficacement que les capsides naturelles actuellement utilisées dans les essais cliniques. MyoAAV a également introduit avec succès des gènes dans des cellules humaines en laboratoire. Les différentes capsides de MyoAAV ont utilisé un mécanisme similaire pour délivrer des gènes aux cellules musculaires de souris et humaines, ce qui suggère que MyoAAV peut être utilisé pour une puissante délivrance de gènes dirigée par les muscles à travers différentes espèces.
« Tous ces résultats démontrent la large applicabilité des vecteurs MyoAAV pour la livraison au muscle. Ces vecteurs fonctionnent dans différents modèles de maladie et à travers différents âges, souches et espèces, ce qui démontre la robustesse de cette famille d’AAV », déclare Amy Wagers, co-auteur principal de l’étude, professeur et coprésident du département de cellules souches et de biologie régénérative de Harvard, et chercheur principal au Joslin Diabetes Center. « Nous avons une énorme quantité d’informations sur cette classe de vecteurs à partir de laquelle le domaine peut lancer de nombreuses nouvelles études passionnantes. »
L’équipe de recherche, qui comprenait des étudiants diplômés Kim Lagerborg, Alexandra Stanton et Simon Ye du laboratoire Sabeti de Broad, pense que DELIVER a le potentiel de fabriquer des capsides virales hautement spécifiques pour tout type de tissu, ce qui pourrait stimuler le développement de thérapies géniques pour maladies génétiques affectant divers organes avec un besoin médical non satisfait.
« Nous avons développé une famille de capsides virales qui ciblent de manière exquise le muscle squelettique, que nous avons pu tester à travers plusieurs étapes précliniques et dans plusieurs modèles de maladies », a déclaré Sabeti. « Nous avons traversé de très nombreuses étapes précliniques pour trouver quelque chose qui pourrait potentiellement être prêt pour la clinique dans un proche avenir. »
