Une nouvelle étude dirigée par l’UCLA suggère que la technologie avancée d’édition du génome pourrait être utilisée comme traitement unique pour la maladie génétique rare et mortelle CD3 delta immunodéficience combinée sévère.
La condition, également connue sous le nom de CD3 delta SCID, est causée par une mutation du gène CD3D, qui empêche la production de la protéine CD3 delta nécessaire au développement normal des cellules T à partir des cellules souches sanguines.
Sans lymphocytes T, les bébés nés avec CD3 delta SCID sont incapables de combattre les infections et, s’ils ne sont pas traités, meurent souvent au cours des deux premières années de leur vie. Actuellement, la greffe de moelle osseuse est le seul traitement disponible, mais la procédure comporte des risques importants.
Dans une étude publiée dans Cell, les chercheurs ont montré qu’une nouvelle technique d’édition du génome appelée édition de base peut corriger la mutation qui cause le CD3 delta SCID dans les cellules souches sanguines et restaurer leur capacité à produire des lymphocytes T.
La thérapie potentielle est le résultat d’une collaboration entre les laboratoires du Dr Donald Kohn et du Dr Gay Crooks, tous deux membres du Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research à l’UCLA et auteurs principaux de l’étude.
Le laboratoire de Kohn a déjà développé avec succès des thérapies géniques pour plusieurs déficiences du système immunitaire, y compris d’autres formes de SCID. Lui et ses collègues se sont tournés vers le CD3 delta SCID à la demande du Dr Nicola Wright, hématologue et immunologiste pédiatrique à l’Alberta Children’s Hospital Research Institute au Canada, qui a recherché une meilleure option de traitement pour ses patients.
CD3 delta SCID est répandu dans la communauté mennonite qui migre entre le Canada et le Mexique.
Parce que les nouveau-nés ne sont pas dépistés pour le SCID au Mexique, je vois souvent des bébés qui ont été diagnostiqués tardivement et qui reviennent au Canada très malades. »
Dr Nicola Wright, hématologue et immunologiste pédiatrique à l’Alberta Children’s Hospital Research Institute
Lorsque Kohn a présenté la demande de Wright à son laboratoire, Grace McAuley, alors associée de recherche qui a rejoint le laboratoire à la fin de sa dernière année à l’UCLA, a lancé une idée audacieuse.
« Grace a proposé que nous essayions l’édition de base, une toute nouvelle technologie que mon laboratoire n’avait jamais essayée auparavant », a déclaré Kohn, éminent professeur de microbiologie, d’immunologie et de génétique moléculaire, ainsi que de pédiatrie.
L’édition de base est une forme ultraprécise d’édition du génome qui permet aux scientifiques de corriger les mutations d’une seule lettre dans l’ADN. L’ADN est composé de quatre bases chimiques appelées A, T, C et G ; ces bases s’apparient pour former les « échelons » de la structure en échelle à double hélice de l’ADN.
Alors que d’autres plateformes d’édition de gènes, comme CRISPR-Cas9, coupent les deux brins du chromosome pour apporter des modifications à l’ADN, l’édition de base modifie chimiquement une lettre de base de l’ADN en une autre – ; un A à un G, par exemple – ; laissant le chromosome intact.
« J’ai eu une courbe d’apprentissage très abrupte au début, lorsque l’édition de base ne fonctionnait tout simplement pas », a déclaré McAuley, qui poursuit actuellement un MD-Ph.D. à UC San Diego et est le co-premier auteur de l’étude. « Mais j’ai continué à aller de l’avant. Mon objectif était d’aider à faire parvenir cette thérapie à la clinique aussi vite que possible en toute sécurité. »
McAuley a contacté David Liu du Broad Institute, l’inventeur de l’édition de base, pour obtenir des conseils sur la façon d’évaluer la sécurité de la technique pour cette utilisation particulière. Finalement, McAuley a identifié un éditeur de base très efficace pour corriger la mutation génétique responsable de la maladie.
Parce que la maladie est extrêmement rare, l’obtention de cellules souches de patients pour l’étude de l’UCLA était un défi important. Le projet a reçu un coup de pouce lorsque Wright a fourni aux chercheurs des cellules souches sanguines données par un patient CD3 delta SCID qui subissait une greffe de moelle osseuse.
L’éditeur de base a corrigé en moyenne près de 71 % des cellules souches du patient au cours de trois expériences de laboratoire.
Ensuite, McAuley a travaillé avec le Dr Gloria Yiu, enseignante clinique en rhumatologie à l’UCLA, pour tester si les cellules corrigées pouvaient donner naissance à des lymphocytes T. Yiu a utilisé des organoïdes thymiques artificiels, qui sont des modèles de tissus dérivés de cellules souches développés par le laboratoire de Crooks qui imitent l’environnement du thymus humain – ; l’organe où les cellules souches du sang deviennent des cellules T.
Lorsque les cellules souches sanguines corrigées ont été introduites dans les organoïdes thymiques artificiels, elles ont produit des cellules T entièrement fonctionnelles et matures.
« Parce que l’organoïde thymique artificiel soutient si efficacement le développement des cellules T matures, c’était le système idéal pour montrer que l’édition de base des cellules souches des patients pouvait corriger le défaut observé dans cette maladie », a déclaré Yiu, qui est également co- premier auteur de l’étude.
Dans une dernière étape, McAuley a étudié la longévité des cellules souches corrigées en les transplantant dans une souris. Les cellules corrigées sont restées quatre mois après la greffe, indiquant que l’édition de base avait corrigé la mutation dans les vraies cellules souches sanguines auto-renouvelables. Les résultats suggèrent que les cellules souches sanguines corrigées pourraient persister à long terme et produire les cellules T dont les patients auraient besoin pour mener une vie saine.
« Ce projet était une belle image de la science d’équipe, avec un besoin clinique et une expertise scientifique alignés », a déclaré Crooks, professeur de pathologie et de médecine de laboratoire. « Chaque membre de l’équipe a joué un rôle essentiel dans la réussite de ce travail. »
L’équipe de recherche travaille actuellement avec Wright sur la façon d’apporter la nouvelle approche à un essai clinique pour les nourrissons atteints de CD3 delta SCID du Canada, du Mexique et des États-Unis
Cette recherche a été financée par la Jeffrey Modell Foundation, les National Institutes of Health, la Bill and Melinda Gates Foundation, le Howard Hughes Medical Institute, la V Foundation et la AP Giannini Fondation.
L’approche thérapeutique décrite dans cet article a été utilisée uniquement dans des tests précliniques et n’a pas été testée chez l’homme ni approuvée par la Food and Drug Administration comme étant sûre et efficace pour une utilisation chez l’homme. La technique est couverte par une demande de brevet déposée par le groupe de développement technologique de l’UCLA au nom des régents de l’Université de Californie, avec Kohn et McAuley répertoriés comme co-inventeurs.
