Des chercheurs de l'Université de Toronto, du Réseau universitaire de santé et de l'hôpital SickKids ont mis au point une nouvelle approche prometteuse qui pourrait à terme permettre de traiter des milliers de maladies génétiques. Étant donné que des mutations non-sens peuvent également survenir dans des gènes impliqués dans des maladies musculaires, cette technologie émergente d'ARNt pourrait potentiellement devenir pertinente pour des affections telles que la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) à l'avenir, bien qu'elle n'ait pas encore été testée comme traitement pour la DMD.
La recherche porte sur l'ARN de transfert (ARNt), une molécule impliquée dans le processus que les cellules utilisent pour produire des protéines. En modifiant l'ARNt, les scientifiques visent à surmonter l'un des types de mutations génétiques les plus difficiles : les mutations non-sens.
L'étude, publiée dans la revue Science le 27 août, démontre dans des modèles de laboratoire et précliniques que l'ARNt modifié peut rétablir la production de protéines fonctionnelles de pleine longueur affectées par des mutations non-sens.
Table des matières
Que sont les mutations non-sens ?
Les gènes contiennent les instructions que les cellules utilisent pour produire des protéines. Ces instructions sont lues par unités de trois lettres appelées codons. La plupart des codons indiquent à la cellule quel acide aminé ajouter à une protéine en cours de synthèse, tandis que trois codons servent de signaux d'arrêt.
Une mutation non-sens se produit lorsqu'une modification génétique crée un signal d'arrêt trop tôt.
C'est comme placer un panneau stop au milieu de la route. La cellule cesse de produire la protéine avant la fin du processus. Par conséquent, la protéine peut être tronquée et non fonctionnelle, ou bien la quantité de protéine complète produite peut être très faible.
Bien que les mutations non-sens représentent environ 11 % des maladies génétiques héréditaires, elles affectent des milliers de patients atteints de nombreuses maladies différentes, notamment certaines formes de fibrose kystique et des troubles musculaires et neurologiques.
Pourquoi la recherche sur l'ARNt est-elle importante pour les maladies génétiques ?
L'un des principaux défis de la médecine génétique réside dans le nombre considérable de mutations pathogènes. Développer un traitement spécifique pour chaque mutation peut s'avérer extrêmement difficile, notamment lorsqu'une mutation ne touche qu'un petit nombre de patients.
C’est là que la recherche sur les mutations non-sens à l’aide d’ARNt pourrait offrir une stratégie différente.
Il est important de noter que les mutations non-sens peuvent affecter de nombreux gènes différents, mais qu'elles n'entraînent que trois codons stop prématurés possibles. Ceci ouvre la voie au développement d'une approche thérapeutique ciblant le type de mutation plutôt qu'un gène spécifique.
Les chercheurs envisagent donc une stratégie potentielle “ universelle ”, dans laquelle un seul ARNt modifié pourrait potentiellement cibler le même signal d'arrêt prématuré pour plusieurs gènes et maladies.
Comment fonctionne l'ARNt modifié ?
Les chercheurs ont conçu des molécules d'ARNt capables de reconnaître un signal d'arrêt prématuré et d'insérer à la place l'acide aminé approprié.
Cela permet à la cellule de continuer à lire les instructions génétiques et potentiellement de produire une protéine complète.
La protéine obtenue ne sera pas toujours parfaitement identique à la protéine naturelle. Cependant, si l'activité fonctionnelle est suffisamment restaurée, cela pourrait être nettement préférable à la production d'une protéine fonctionnelle faible, voire nulle.
En termes simples, au lieu de modifier l'ADN lui-même, les chercheurs tentent de contourner le signal d'arrêt prématuré lors de la production de protéines.
Rendre l'ARNt plus fort et plus efficace
Transformer l'ARNt en un médicament pratique n'a pas été chose facile. Un défi majeur consiste à rendre l'ARNt modifié suffisamment actif et stable pour produire des quantités significatives de protéine.
L'équipe de recherche a découvert que l'ajout d'une modification chimique spécifique naturellement présente dans l'ARNt rendait la molécule modifiée plus active et plus durable.
Il s'agissait d'une étape importante car un ARNt thérapeutique doit rester fonctionnel suffisamment longtemps pour avoir un effet biologique significatif.
Acheminement de l'ARNt vers les cellules appropriées
Un autre défi majeur est la livraison.
Même un ARNt très efficace ne peut pas agir comme médicament s'il ne peut pas atteindre les cellules qui en ont besoin. Les chercheurs ont donc développé des nanoparticules lipidiques spécialisées (LNP) pour délivrer l'ARNt.
Bien que des nanoparticules lipidiques aient déjà été utilisées pour transporter de l'ARNm, les chercheurs les ont repensées spécifiquement pour l'ARNt. Ils ont testé environ 1 000 lipides différents afin d'identifier un système de transport adapté.
Cette combinaison d'ARNt modifié et de technologie d'administration spécialisée constitue l'une des avancées clés de l'étude.
L'ARNt restaure la production de protéines dans les modèles de fibrose kystique
Les chercheurs ont initialement testé cette approche sur des modèles de fibrose kystique impliquant des mutations non-sens du gène CFTR.
Les traitements existants par modulateurs de la protéine CFTR, comme le Trikafta, ont transformé la prise en charge de nombreuses personnes atteintes de mucoviscidose. Cependant, ces médicaments sont inefficaces chez les patients dont la maladie résulte de certaines mutations non-sens, car la protéine CFTR complète nécessaire risque de ne jamais être produite.
Dans des cellules des voies respiratoires humaines porteuses de deux mutations non-sens courantes, un ARNt modifié a rétabli la production de la protéine CFTR, et cette protéine était fonctionnelle. La protéine restaurée est restée détectable pendant plus de 40 jours.
Potentiel d'une thérapie combinée
Les chercheurs ont également testé des cellules provenant d'un patient atteint de fibrose kystique présentant un génotype CFTR complexe contenant quatre mutations, dont deux mutations non-sens.
Dans ces organoïdes dérivés de patients, ni l'ARNt ni le Trikafta, utilisés seuls, n'ont induit de réponse significative. Cependant, leur utilisation conjointe a permis de rétablir la production de la protéine CFTR complète et a rendu possible l'action du Trikafta sur la protéine nouvellement synthétisée.
Cela suggère que les thérapies à base d'ARNt pourraient potentiellement être combinées aux traitements existants plutôt que de les remplacer.
La recherche sur l'ARNt pourrait-elle permettre de traiter d'autres maladies génétiques ?
Le potentiel le plus important de cette recherche dépasse le cadre de la fibrose kystique.
Étant donné que les trois mêmes codons stop prématurés peuvent apparaître dans de nombreux gènes différents, un ARNt modifié conçu pour reconnaître l'un de ces signaux pourrait potentiellement être adapté à de multiples maladies génétiques.
Les chercheurs étudient actuellement comment cette plateforme pourrait être appliquée à d'autres organes et tissus. Chaque tissu cible pourrait nécessiter un système d'administration spécifique.
Pour les maladies pulmonaires, l'équipe a déjà démontré que ses nanoparticules lipidiques peuvent survivre à leur conversion en un fin brouillard, ce qui ouvre la voie à de futurs traitements par ARNt inhalé.
Une approche prometteuse mais encore à ses débuts
La recherche sur les mutations non-sens par l'ARNt est encore au stade préclinique, et des recherches supplémentaires sont nécessaires avant que cette technologie puisse devenir un traitement approuvé pour les patients.
Néanmoins, le concept est important. Plutôt que de développer une thérapie complètement différente pour chaque mutation responsable d'une maladie, les chercheurs étudient la possibilité qu'une plateforme commune à base d'ARNt puisse cibler le type de mutation sous-jacent à travers plusieurs gènes.
En cas de succès, les thérapies à base d'ARNt pourraient à terme devenir une nouvelle plateforme pour le traitement des maladies génétiques causées par des mutations non-sens, y compris les maladies pour lesquelles il existe actuellement peu ou pas d'options de traitement efficaces.
Découvrez-en plus: Explorez les essais cliniques sur la dystrophie musculaire de Duchenne
