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Malgré le taux croissant de diagnostics permis par le séquençage de nouvelle génération, la base moléculaire qui sous‐tend environ la moitié des leucodystrophies est inconnue. Parmi les leucodystrophies héréditaires récemment découvertes, plusieurs variantes pathogènes sont localisées au sein de gènes qui convergent vers une voie commune ; il est donc possible qu’elles partagent des mécanismes sous‐jacents communs.

La leucodystrophie hypomyélinisante HIKESHI (HHL) est une maladie congénitale rare et dévastatrice qui apparaît chez l’enfant au cours de la première année de vie. Les symptômes comprennent une mauvaise croissance, un retard des étapes motrices, une hypotonie centrale et d’autres handicaps psychomoteurs. Les patients ayant une leucodystrophie hypomyélinisante HIKESHI présentent une sensibilité accrue au stress thermique. Des maladies fébriles entraînent souvent une détérioration irréversible de l’état neurologique, voire le décès. Il n’existe actuellement aucun traitement curatif de la leucodystrophie hypomyélinisante HIKESHI et les traitements symptomatiques se concentrent sur la prévention de la fièvre.

Lorsqu’une mutation génétique entraîne l’absence ou le défaut d’une protéine, la thérapie génique peut restaurer la fonction normale de cette protéine. Cette approche a récemment été transposée de la recherche fondamentale à la clinique, pour le traitement de l’amyotrophie spinale (SMA), une maladie neurologique infantile dévastatrice. Ainsi, une approche similaire peut être utilisée pour traiter des affections supplémentaires, telles que la leucodystrophie hypomyélinisante HIKESHI et d’autres leucodystrophies. Toutefois, afin de tester cette approche, il est nécessaire de développer des modèles de recherche appropriés.

Les modèles animaux sont traditionnellement utilisés pour la recherche préclinique, mais de plus en plus de preuves suggèrent que les souris sont différentes des humains et que, par conséquent, guérir un modèle de souris en laboratoire ne se traduit souvent pas en clinique. Il est donc crucial de développer des modèles basés sur l’humain qui représenteront mieux la physiologie humaine.

Ici, nous proposons d’utiliser des techniques de pointe qui incluent des cellules souches spécifiques de patient (appelées iPSC) et des organes sur puce conçus pour générer un cerveau sur puce personnalisé. Cette plateforme sera utilisée pour identifier des phénotypes pertinents pour la maladie, que nous utiliserons pour tester notre approche de thérapie génique. Le sauvetage réussi d’un tel phénotype indiquera que la thérapie génique devra être testée en clinique. L’approche que nous utiliserons dans cette recherche est axée sur la leucodystrophie hypomyélinisante HIKESHI, mais elle peut être appliquée à l’avenir à d’autres leucodystrophies et à d’autres affections neurologiques.

Les troubles du spectre de Zellweger (ZSD) affectent environ 1/10 000 à 1/50 000 naissances vivantes, les enfants atteints ne vivant généralement pas longtemps jusqu’à l’âge adulte. Cependant, le spectre de la gravité de la maladie est large et l’espérance de vie va de bébés âgés de quelques jours à des patients qui vivent jusqu’à la trentaine. Les options thérapeutiques pour ces patients sont rares et la maladie est mal comprise. Cela montre clairement qu’un projet de recherche visant à la fois à progresser dans notre compréhension de la maladie et à développer concomitamment des approches thérapeutiques améliorées est opportun et pertinent. Nous atteindrons ces objectifs en modelant les formes graves et légères des troubles du spectre de Zellweger chez l’organisme modèle Danio rerio (poisson zèbre) et en recherchant des médicaments susceptibles d’aider les patients atteints d’une maladie plus bénigne du spectre à obtenir un traitement ciblant l’origine de la maladie et non de se limiter au traitement des symptômes. Pour cela, nous travaillerons sur des médicaments que nous avons précédemment identifiés dans le cadre d’un vaste effort de criblage visant à trouver des composés qui améliorent la fonction des structures métabolisant les lipides, les peroxysomes, qui sont les compartiments cellulaires qui ne fonctionnent pas correctement dans les troubles du spectre de Zellweger. Pour valider davantage ces médicaments en tant qu’agents thérapeutiques potentiels pour les patients atteints des troubles du spectre de Zellweger, nous mesurerons leurs effets sur les niveaux de lipides normalement dégradés par les peroxysomes sains et sur la localisation des protéines que l’on trouve normalement dans les peroxysomes sains. Ces expériences seront réalisées sur des cellules cutanées dérivées de patients présentant un trouble du spectre de Zellweger. De plus, nous appliquerons des méthodologies sophistiquées pour mieux comprendre comment les composés étudiés agissent au niveau moléculaire pour exercer leurs effets bénéfiques sur les cellules des patients. Ceci est important pour développer des médicaments potentiellement encore plus efficaces à l’avenir.

Concernant nos travaux prévus sur le poisson zèbre, nous utiliserons un modèle que nous avons déjà généré à l’aide de « ciseaux génétiques » (système CRISPR/Cas9), pour supprimer un gène crucial pour la fonction des peroxysomes dans de nombreux organismes vivants et qui est souvent muté chez les patients présentant un trouble du spectre de Zellweger (PEX1). Nous avons constaté que le poisson zèbre dépourvu de PEX1 imitait les symptômes de la maladie humaine, avec notamment une accumulation anormale de lipides dans divers organes. Nous allons étendre ce travail en générant un autre modèle de poisson zèbre imitant une forme plus légère du spectre de Zellweger. Les deux modèles seront utilisés dans le projet pour progresser dans la compréhension de la façon dont la maladie se développe depuis les premiers stades de la vie et pour tester l’effet des médicaments thérapeutiques candidats décrits ci‐dessus dans la complexité d’un organisme vertébré vivant. De telles études « précliniques » fournissent des informations cruciales pour décider si les médicaments candidats peuvent être soumis à des essais cliniques sur des patients.

L’objectif de ce projet est de développer et d’optimiser davantage un protocole de thérapie génique pour la maladie de type Pelizaeus‐Merzbacher 1 (PMLD1). Ce trouble est causé par des mutations affectant une protéine importante des oligodendrocytes, la connexine47, qui constitue la plupart de leurs canaux de communication directe avec d’autres cellules du cerveau, également appelées jonctions lacunaires. La connexine47 se trouve uniquement dans les oligodendrocytes mais pas dans les autres cellules cérébrales. Puisque les oligodendrocytes sont responsables de la formation de la myéline dans le cerveau, leur déficience causée par la perte de connexine47 conduit à une formation inadéquate de myéline au début du développement, puis à une destruction et une dégénérescence ultérieures à mesure que la maladie progresse. Des études antérieures sur des cellules en culture et sur des modèles expérimentaux de la maladie chez la souris ont confirmé que la perte de la fonction de la connexine47 spécifiquement dans les oligodendrocytes est à l’origine de la maladie. Par conséquent, dans un projet précédent financé par ELA, nous avons développé une approche de thérapie génique pour transmettre le gène connexine47 aux oligodendrocytes de souris dépourvues de canaux de jonction lacunaire dans ces cellules. Ces animaux représentent un modèle pertinent de la maladie humaine et présentent de nombreux changements pathologiques caractéristiques. Nous avons utilisé un sérotype de vecteur viral adéno‐associé (AAV) AAV1/2 sur la base de travaux antérieurs montrant qu’il cible efficacement les oligodendrocytes. Nous avons injecté le vecteur dans le cerveau de souris pour délivrer le gène connexine47 à l’âge de 10 jours. Nous avons confirmé l’expression sélective dans les oligodendrocytes et l’amélioration de la pathologie cérébrale. Dans d’autres études préliminaires, nous avons également testé le vecteur AAV9 administré par voie intraveineuse (actuellement utilisé dans les traitements cliniques d’autres maladies) avec des résultats positifs, mais l’approche intraveineuse ne serait pas utile pour les patients atteints de PMLD1 au‐delà de la petite enfance en raison de sa pénétration limitée dans le cerveau.

Afin d’améliorer l’efficacité de notre approche de thérapie génique et de la rendre plus transférable à une application clinique chez tous les patients, nous proposons ici de tester les principaux vecteurs viraux actuellement utilisés dans les essais cliniques pour les leucodystrophies directement injectés dans les ventricules cérébraux, l’AAV‐Olig001, et une nouvelle variante de celui‐ci. Ces vecteurs avec un profil de sécurité établi et une efficacité ciblée jusqu’aux tests cliniques seront aimablement produits et fournis par une société de thérapie génique impliquée dans le développement de thérapies contre la leucodystrophie, Myrtelle Inc, afin de fournir notre ADN thérapeutique validé pour PMLD1. Cette collaboration garantira une transition accélérée vers la clinique, pour ce type de leucodystrophie autrement orpheline. De plus, nous testerons l’effet thérapeutique avec une intervention précoce et tardive (à 10 et 21 jours), pour soutenir une application chez des patients à différents stades de la maladie. Enfin, en plus de l’évaluation des résultats en matière de fonction motrice et de pathologie cérébrale, en collaboration avec un groupe d’experts à Rome, nous établirons également des biomarqueurs cliniquement pertinents de la maladie qui seront utiles dans les futurs essais cliniques et la surveillance de la maladie.

Il s’agit d’une étude importante et très pertinente dans le cadre des priorités de l’Association européenne contre les leucodystrophies, qui nous permettra d’optimiser davantage une approche thérapeutique très prometteuse pour traiter cette leucodystrophie hypomyélinisante. Elle fournira une thérapie de remplacement génique ciblée sur les cellules qui pourra se traduire par un traitement accéléré pour les patients atteints de PMLD1 et pourrait également ouvrir la voie au traitement d’autres leucodystrophies.

La maladie d’Alexander est une maladie cérébrale très rare. Les personnes atteintes de la maladie d’Alexander subissent des dommages dans la substance blanche de leur cerveau et perdent beaucoup de tissu cérébral. Elle peut être diagnostiquée lorsqu’une personne est très jeune, avant même l’âge de 2 ans, mais parfois elle n’est diagnostiquée que plus tard dans l’enfance ou même à l’âge adulte. Les symptômes de la maladie d’Alexander comprennent des problèmes de développement mental, des convulsions et une raideur musculaire, qui entraînent finalement le décès. Environ 500 cas de maladie d’Alexander ont été signalés dans le monde. Malheureusement, il n’existe actuellement aucun remède contre cette maladie.

La maladie est causée par des mutations dans le gène de la protéine acide fibrillaire gliale (GFAP), qui code pour une protéine cytosquelettique spécifique des astrocytes. Les astrocytes sont essentiels au bon fonctionnement du cerveau car ils contrôlent de nombreuses activités neuronales et mécanismes homéostatiques du cerveau. Cependant, les scientifiques ne comprennent toujours pas complètement comment cette protéine mutante GFAP présente dans les astrocytes provoque la maladie d’Alexander. Dans ce projet, nous collaborerons étroitement entre les deux équipes pour étudier au niveau ultrastructural des modèles de cellules souches humaines dérivées de patient ayant la maladie d’Alexander. Nous générerons des structures miniatures ressemblant à du cerveau, appelées organoïdes, à partir de cellules souches dérivées de patients, et appliquerons de nouveaux protocoles de culture cellulaire pour inclure des structures semblables à la substance blanche. En analysant les cellules de ces organoïdes au niveau ultrastructural, nous acquerrons davantage de connaissances sur la façon dont les mutations de GFAP peuvent conduire à une pathologie des astrocytes et de la substance blanche dans la maladie. Ces connaissances sont essentielles pour trouver de nouvelles façons de traiter la maladie d’Alexander.

La leucoencéphalopathie mégalencéphalique avec kystes sous‐corticaux (MLC) est un type de leucodystrophie (problèmes au niveau de la substance blanche du cerveau). La plupart des patients présentant une leucoencéphalopathie mégalencéphalique avec kystes sous‐corticaux sont porteurs de mutations du gène MLC1, codant pour une protéine membranaire de fonction inconnue. Nous avons établi que ces mutations affectent la stabilité de MLC1, conduisant à sa disparition. Dans ce projet, notre objectif est de trouver des composés susceptibles de se lier à MLC1, augmentant ainsi sa stabilité et donc sa fonction, ce qui pourrait éventuellement entraîner une amélioration des symptômes des patients ayant une leucoencéphalopathie mégalencéphalique avec kystes sous‐corticaux. Ces types de composés ont été extrêmement utiles dans d’autres maladies conformationnelles telles que la mucoviscidose et sont utilisés pour traiter des patients. Ce projet pourrait être la première étape pour trouver une thérapie pharmacologique pour les patients MLC.

Projet financé par ELA à hauteur de : 83 040 €

La leucodystrophie hypomyélinisante 16, également connue sous le nom de HLD16, est une maladie génétique rare qui affecte le développement de la myéline, l’enveloppe protectrice autour des fibres nerveuses du cerveau. HLD16 est causée par une mutation du gène TMEM106B. Nous avons génétiquement modifié des souris de manière qu’elles présentent la même mutation dans TMEM106B que celle trouvée chez les patients humains. Nous envisageons d’étudier ces souris pour comprendre la maladie et comment la mutation de ce gène, dont la fonction est encore inconnue, conduit à cette maladie rare. Cela aidera à développer de futures thérapies et à comprendre la fonction de TMEM106B dans la myélinisation.

La maladie de Krabbe (KD ou leucodystrophie à cellules globoïdes) est une maladie neurodégénérative causée par un déficit de l’enzyme lysosomale GALC. La forme qui se manifeste à la petite enfance représente 85 à 90% des cas et l’apparition des symptômes a lieu entre le 3ème et le 6ème mois après la naissance. Quand la maladie est avancée, une cécité et une surdité apparaissent ; puis apparaît un état végétatif qui se termine par le décès dans les 1 à 2 années suivant la naissance. Malheureusement, pour les nourrissons qui ont déjà développé des symptômes de la maladie de Krabbe, il n’existe aucun traitement capable de modifier l’évolution de la maladie. Le traitement se focalise alors sur la gestion des symptômes et la fourniture de soins de soutien.

Actuellement, la littérature indique que la correction du déficit en GALC pourrait ne pas être suffisante pour guérir les patients atteints de la maladie de Krabbe, ce qui suggère que des acteurs non encore identifiés pourraient être impliqués dans la pathogenèse de la maladie. Dans ce contexte, nous avons trouvé des preuves claires indiquant que la protéine appelée GPR65 est un facteur clé dans la pathogenèse de la maladie.

Nous proposons ici une étude approfondie du GPR65 et de son évaluation en tant que cible médicamenteuse dans la maladie de Krabbe. En particulier, nous évaluerons l’expression de GPR65 chez les patients atteints de la maladie de Krabbe et testerons des médicaments pour corriger le déficit en GPR65 dans les modèles de cellules de la maladie de Krabbe. De plus, nous explorerons la combinaison d’une thérapie basée sur l’ARNm GPR65 avec la correction GALC.

En cas de succès du projet et dans une vision prospective, la thérapie basée sur l’ARNm GPR65 pourrait être utilisée en combinaison avec une thérapie principale de correction du déficit en GALC, pour aider à réaliser le sauvetage complet du phénotype de la maladie de Krabbe.