La dystrophie musculaire de Duchenne est la forme précoce de dystrophie musculaire la plus courante ; de nombreux garçons se retrouvent en fauteuil roulant à l’adolescence et meurent dans la vingtaine. Les personnes atteintes de dystrophie musculaire des ceintures souffrent de faiblesse et d'atrophie des muscles de l'épaule, de la hanche et de la cuisse, et ont souvent des difficultés à se tenir debout, à bouger et à accomplir les tâches quotidiennes.
« La thérapie génique est un outil puissant pour transmettre une copie saine d'un gène aux cellules d'un patient afin de corriger les maladies génétiques, mais les vecteurs utilisés pour transmettre cette information sont petits, ce qui a jusqu'à présent empêché leur utilisation pour traiter toute une série de maladies causées par mutations dans les grands gènes », a déclaré Douglas M. Anderson, PhD, auteur principal de l'étude et professeur adjoint de médecine à l'Institut de recherche cardiovasculaire Aab de l'École de médecine et de dentisterie de l'Université de Rochester (SMD). « Au lieu de délivrer le gène complet dans un seul vecteur, ce qui n'est pas possible, nous avons développé un système efficace à double vecteur dans lequel deux moitiés d'un gène sont délivrées séparément mais se réunissent pour reconstituer le gros ARNm dans les tissus affectés. »
La technologie est née d'une observation fortuite faite en laboratoire il y a plusieurs années, selon laquelle lorsque deux ARNm distincts étaient coupés par de petites séquences d'ARN appelées ribozymes, ils étaient ligaturés (joints) de manière transparente et traduits en protéine complète. L’équipe a découvert que lorsque les ribozymes clivent ou coupent l’ARN, ils laissent des extrémités reconnues par une voie de réparation naturelle.
« De la même manière que lorsque les enzymes CRISPR sont utilisées pour couper l'ADN, les enzymes CRISPR ne sont que des ciseaux, et ce sont les enzymes de réparation naturelles d'une cellule qui recollent l'ADN ensemble », a noté Anderson, qui est également membre du Centre de recherche de l'Université de Rochester. Biologie de l'ARN. « Nous pensons que quelque chose de similaire se produit ici, mais pour l'ARN. Les ribozymes agissent comme des ciseaux et les voies naturelles de réparation de la cellule sont capables de relier les deux ARN ensemble. Il est remarquable que deux ARNm distincts soient capables de se retrouver et que les le processus peut être si efficace.
Le laboratoire a optimisé l’efficacité du processus (plus de 900 fois par rapport à ses expériences initiales) et a adapté la technologie en un puissant mécanisme de délivrance de gènes. Lorsque deux moitiés d'un grand gène thérapeutique sont codées dans des vecteurs de virus adéno-associés (AAV), qui sont les vecteurs les plus couramment utilisés pour la thérapie génique car ils sont sûrs et ne provoquent pas de maladie chez l'homme, les ribozymes coupent les extrémités du gène thérapeutique. Les ARNm se rejoignent ensuite pour former un ARNm unique et homogène, capable de produire des protéines dans un tissu souhaité.
L'équipe de recherche, comprenant le co-premier auteur Sean Lindley, qui a récemment obtenu son doctorat au laboratoire Anderson, a découvert que les ARNm cousus semblent se comporter essentiellement de la même manière que leurs homologues naturels complets, traduisant efficacement l'information génétique en protéines fonctionnelles.
Les ribozymes auto-clivants, essentiels à l'activité de StitchR, se trouvent naturellement dans tout le règne animal et sont composés de différentes familles, qui présentent différentes activités de clivage. Après avoir testé de nombreuses familles et séquences de ribozymes, ils ont finalement identifié une formule conduisant à un niveau élevé de production de protéines et approchant les niveaux atteints par les gènes exprimés à partir d’un seul vecteur.
Doug est extrêmement créatif et soucieux du détail, et le fait qu'il ait compris comment deux morceaux différents d'ARNm peuvent se trouver dans une cellule et être joints de manière transparente pour créer un ARNm fonctionnel est vraiment passionnant. Le concept semble simple, mais cela a nécessité un travail considérable pour optimiser les molécules impliquées, garantir leur stabilité dans les cellules et rendre le processus aussi efficace que possible.
Lynne E. Maquat, PhD, directrice du Centre UR pour la biologie de l'ARN
Selon Anderson, StitchR peut être couplé à de nombreux types différents de vecteurs utilisés pour délivrer ou exprimer un gène dans les cellules et il semble fonctionner efficacement avec n'importe quelle séquence d'ARNm, ouvrant la porte à son utilisation dans un large éventail de maladies et candidatures. « StitchR est vraiment plug and play à ce stade. Les exigences de séquence pour StitchR sont minimes, et nous l'avons maintenant testé avec de nombreux gènes et séquences différents », a-t-il déclaré.
Une autre caractéristique de cette technologie est que seule la protéine complète est produite.
« D'autres approches à double vecteur sont en développement depuis des décennies, mais ont été en proie à un manque d'efficacité et à la production de produits de longueur inférieure. Étant donné que StitchR se produit au niveau de l'ARN, nous pouvons contrôler et garantir que seule la longueur totale de l'ARN est détectée. Le produit protéique est fabriqué. Cela différencie StitchR des autres technologies à double vecteur, par exemple les intéines, une technologie de ligature de protéines, qui peut être efficace mais nécessite l'expression de fragments de protéines plus petits qui peuvent avoir des effets inconnus dans une cellule », a ajouté Anderson.
« Passer d'une observation initiale à une application thérapeutique a été un processus long mais enrichissant, mais cela a toujours été un objectif majeur de notre laboratoire, et je pense que c'est la promesse de la recherche fondamentale. Avec StitchR et d'autres outils, nous travaillons à la recherche de traitements. pour certaines des maladies génétiques les plus débilitantes de la planète, dont beaucoup n'ont actuellement aucun traitement ni remède », a déclaré Anderson.
Le laboratoire est actuellement en train de former des collaborations avec d’autres laboratoires de recherche et de générer des vecteurs StitchR pour traiter de nombreuses maladies causées par de gros gènes, il en existe des milliers.
