Les cellules souches pluripotentes induites (iPS) ont un grand impact sur la biologie et la médecine, et on s’attend à ce qu’elles améliorent la médecine régénérative. Depuis 2014, lorsqu’une feuille de cellules épithéliales pigmentaires rétiniennes dérivées de cellules iPS a été transplantée chez des patients atteints de dégénérescence maculaire liée à l’âge, des essais cliniques ont été menés avec différents types de cellules dérivées de cellules iPS. Bien que les cellules iPS dérivées d’individus en bonne santé aient été utilisées jusqu’à présent, on s’attend à ce que la thérapie de transplantation utilisant des cellules iPS puisse être améliorée par la modification génétique à l’avenir.
Par conséquent, nous avons abordé cette possibilité en utilisant un modèle de souris de la maladie de Fabry, comme preuve de concept. La maladie de Fabry est causée par un déficit génétique en α-galactosidase A (GLA), entraînant l’accumulation de ses substrats tels que le globotriaosylcéramide (Gb3) et la globotriaosylsphingosine (Lyso-Gb3). Nous avons précédemment développé une enzyme modifiée, l’α-N-acétylgalactosaminidase modifiée (mNAGA), pour guérir la maladie de Fabry en modifiant la spécificité du substrat de NAGA, qui est un paralogue de GLA, en celle de GLA. Parce que mNAGA maintient l’antigénicité originale de NAGA, cette enzyme modifiée n’a pas de réactivité immunologique croisée avec GLA, tout en ayant l’activité enzymatique GLA. Dans cette étude, nous avons testé si la transplantation de cellules iPS sécrétant mNAGA par édition du génome pouvait fournir l’activité GLA in vivo.
Tout d’abord, nous avons généré des cellules iPS sécrétant mNAGA par knock-in médié par TALEN sur le site AAVS1, un locus refuge. De plus, pour exclure les éventuelles réactions immunogènes causées par le GLA endogène des cellules iPS chez les patients, nous avons perturbé le gène GLA par CRISPR-Cas9. Lorsque les cardiomyocytes et les fibroblastes du modèle Fabry sans activité GLA ont été co-cultivés avec des cellules iPS sécrétant mNAGA, l’activité GLA a été restaurée par des cellules exprimant mNAGA in vitro.
Ensuite, nous avons transplanté les cellules iPS sécrétant mNAGA dans les testicules de souris modèles de la maladie de Fabry. Après 7 ou 8 semaines, l’activité GLA dans le foie a été significativement améliorée, bien qu’aucune récupération de l’activité n’ait été observée dans le cœur, les reins ou le plasma sanguin. Nous avons également quantifié les quantités de Gb3 et de Lyso-Gb3 dans le foie, mais il n’y a pas eu de réduction détectable des substrats.
En raison de la quantité limitée de mNAGA sécrétée par les cellules iPS transplantées, l’activité GLA dans le foie n’était pas suffisamment élevée pour réduire Gb3 ou Lyso-Gb3. Cependant, à l’avenir, il pourrait être possible d’augmenter la quantité de mNAGA sécrétée par l’édition du génome. Il est également possible de délivrer directement mNAGA aux organes et tissus qui ont besoin de l’activité GLA. Par exemple, la transplantation d’une feuille de cardiomyocytes dérivée de cellules iPS sécrétant mNAGA délivre directement mNAGA au cœur. De plus, bien que cette étude se soit concentrée sur la maladie de Fabry, la même stratégie peut être appliquée à d’autres maladies.
Cette étude a démontré le potentiel de la thérapie cellulaire utilisant des cellules iPS modifiées du génome sécrétant des molécules thérapeutiques. Ces cellules iPS modifiées sur le génome pourraient servir non seulement de ressource pour la transplantation de cellules, mais également de système d’administration de médicaments.
