Les scientifiques ont corrigé des mutations génétiques chez la souris provoquant une maladie ultra-rare en modifiant l'ADN directement dans le cerveau avec une seule injection, un exploit avec des implications profondes pour les patients atteints de maladies neurologiques.
Dans les tests qui comprenaient également des cellules dérivées du patient, la technique de pointe non seulement des mutations fixes provoquant une hémiplégie alternative dans l'enfance (AHC) – il a également réduit les symptômes et une survie prolongée chez la souris qui avait AHC et était autrement à risque de mort subite.
La recherche, dirigée par le Rare Disease Translational Center (RDTC) au Jackson Laboratory (JAX), le Broad Institute, et l'espoir rare à but non lucratif, ont été des années dans la fabrication et suit le premier traitement réussi d'édition génétique pour une maladie hépatique rare. Il offre un puissant aperçu du potentiel de l'édition de gènes personnalisée pour les conditions neurologiques.
Les résultats ont été publiés aujourd'hui dans Cellule.
« Il y a cinq ans, les gens auraient pensé que l'entrer dans le cerveau d'un organisme vivant et la correction de l'ADN était de la science-fiction. Aujourd'hui, nous savons que c'est faisable », a déclaré Markus Terrey, un neuroscientifique Jax qui a co-dirigé l'œuvre. « Le faire directement dans le cerveau d'un organisme vivant est scientifiquement fascinant. Vous pouvez entrer dans le cerveau, réparer la mutation et faire corriger les cellules pour le reste de leur vie. »
Une percée dans l'édition de gènes
L'AHC commence généralement pendant la petite enfance et provoque des épisodes soudains de paralysie qui peuvent durer des minutes, voire des jours. Ces épisodes peuvent être accompagnés de dystonie (raideur musculaire), de problèmes de mouvement des yeux et de retards de développement. Les crises sont une composante importante et potentiellement mortelle de la maladie, qui n'a actuellement aucun remède. Bien que les traitements existants aident à la gestion des symptômes, ils ont une efficacité limitée.
Les scientifiques ont ciblé les deux mutations les plus courantes qui causent AHC, connu sous le nom de D801N et E815K, dans un gène appelé ATP1A3. Ils se sont appuyés sur de nouveaux modèles de souris développés par Terrey et Cathleen (Cat) Lutz, vice-président du RDTC. Les efforts antérieurs pour reproduire ces mutations chez la souris ont entraîné des défauts comme ceux observés dans l'AHC chez l'homme, les souris périmentant prématurément et spontanément.
La recherche a également des implications importantes pour d'autres maladies génétiques rares qui ont longtemps été considérées comme incurables et ont été négligées en raison de leur complexité et de leur rareté, a déclaré Lutz.
L'idée de corriger les mutations de maladies rares avant que quelqu'un ne développe des symptômes est convaincante, mais elle nécessite le développement de technologies pour faire exactement cela. Avec des partenaires et des experts dans le domaine, nous développons et testons ces technologies pour des maladies dévastatrices avec des symptômes très clairs et précoces comme AHC. «
Cathleen (Cat) Lutz, vice-président du RDTC
Rare Hope (anciennement Hope for Annabel), une recherche AHC à but non lucratif qui a fait progresser AHC et développer des plates-formes croisées évolutives, a été un partenaire de longue date et vital du projet. L'organisation a aidé à intégrer les priorités des patients dans la recherche et les scientifiques connectés de Jax et du Broad Institute avec un réseau international d'experts et de familles d'AHC. Rare Hope a assuré que la conception expérimentale, la sélection des points finaux et l'interprétation des données reflétaient toutes les perspectives des patients qui étaient cruciaux dans la conception et la validation des outils pour corriger les mutations ATP1A3.
« Bien que l'incidence de cette maladie soit très rare, l'incidence des conditions monogènes et rares qui pourraient être abordées avec l'édition de gènes est en fait un nombre très important. L'impact de ce succès résonne bien au-delà de l'AHC », a déclaré Nina Frost, fondatrice et présidente de Rare Hope, co-auteur de l'étude et mère d'une fille d'AHC. « Jusqu'à ce point, nous ne savions pas s'il s'agissait d'une maladie qui pouvait être sauvée postnatale. Pour voir des données qui montraient non seulement la correction moléculaire dans les cellules, mais un sauvetage fonctionnel dans le comportement de la souris, c'était un moment incroyablement excitant. »
L'équipe a testé deux techniques de nouvelle génération pour corriger les mutations chez des souris AHC génétiquement modifiées. L'édition Prime, une technique qui modifie les lettres d'ADN, s'est avérée beaucoup plus applicable qu'une autre approche appelée thérapie génique, une approche thérapeutique plus largement utilisée où des copies saines d'un gène autrement défectueuses sont ajoutées. L'édition principale a corrigé jusqu'à 85% des mutations de gènes défectueuses dans les cellules cérébrales, la restauration de la fonction des protéines normales, l'amélioration des habiletés motrices, la réduction des épisodes de type crise et l'extension de la durée de vie chez la souris.
« Nous ne travaillons pas avec un patient à ce stade, mais avoir ce type de démonstration dans une souris avec ce niveau de correction est un gros problème « , a déclaré Terrey. » Si nous pouvons le faire pour une variante de gène et nous en avons déjà cinq dans le papier, nous pouvons raisonnablement supposer que nous pouvons le faire pour d'autres variantes également. Nous pouvons étendre ce travail vers d'autres maladies rares, car 80% d'entre elles sont génétiques. Nous savons exactement où se trouve le problème. «
Les traitements ont été délivrés par une seule injection dans le cerveau. Ils se composaient d'un virus inoffensif appelé AAV9 qui est couramment utilisé comme véhicule de livraison dans l'édition de gènes basée sur CRISPR, que les scientifiques utilisent pour apporter des modifications précises à l'ADN. Cela a été fait peu de temps après la naissance, permettant aux outils d'édition de gènes d'atteindre un grand nombre de neurones tôt dans la vie. En plus, L'équipe a trouvé un minimum d'effets hors cible dans les cellules dérivées du patient, ce qui suggère que l'approche pourrait être à la fois efficace et sûre.
Vers des thérapies génétiques personnalisées
Le succès de l'approche est une étape importante qui contribue à l'édition de gènes et à des approches de thérapie génique gagne, comme la récente percée du premier traitement d'édition génétique qui a guéri un nourrisson avec un trouble hépatique génétique rare appelé carence en CPS1 en mai. Désormais, la capacité de modifier l'ADN directement dans le cerveau offre de nouvelles implications prometteuses pour les maladies neurologiques, ont déclaré les scientifiques.
« Beaucoup de ces approches de livraison pour l'édition de gènes sont des virus ou des nanoparticules qui sont relativement facilement absorbés par le foie et les organes périphériques, mais qui traversent la barrière du cerveau sanguin, qui a cet ensemble très complexe de cellules endothéliales qui, pour de très bonnes raisons, éloignent les virus du cerveau, est complètement différente », a déclaré Lutz. « Ce niveau d'efficacité d'édition dans le cerveau est vraiment très remarquable. »
En tant que chercheur principal du NIH Somatic Cell Genome Editing Consortium, Lutz a été un collaborateur de longue date avec David Liu, un membre principal du Broad Institute et co-auteur de l'étude qui a développé l'édition de premier ordre en 2019. dit.
« Cette étude est une étape importante pour l'édition de premier ordre et l'un des exemples les plus excitants de montage thérapeutique pour provenir de notre équipe », a déclaré Liu. « Il ouvre la porte à un jour réparant les causes génétiques sous-jacentes de nombreux troubles neurologiques qui ont longtemps été considérés comme non traitables. »
L'équipe s'efforce maintenant de tester la période qui fournit les résultats les plus sûrs et les plus efficaces après l'édition de gènes pour inverser, plutôt que d'éviter, AHC chez la souris.
« Nous n'avons pas nécessairement inversé la maladie, mais nous avons montré que nous pouvons améliorer les symptômes lorsque le traitement a été rendu très tôt à la naissance des animaux », a déclaré Lutz. « Le tir de l'argent, sur lequel nous travaillons actuellement, teste si nous pouvons traiter la maladie après que les symptômes apparaissent – lorsque les souris montrent déjà des signes comme la dystonie et l'épilepsie. Si nous pouvons en montrer des avantages, c'est un tout nouveau niveau. Ce serait un pas en avant majeur. »
