Allèles pARNi spécifiques comme option thérapeutique pour l’ADLD : validation préclinique in vitro sur des modèles expérimentaux humains uniques

La leucodystrophie autosomique dominante forme fatale adulte, ou ADLD, est une maladie neurodégénérative, génétique, incurable. Elle se caractérise par une dégradation de la « substance blanche » du système nerveux central et se manifeste par des troubles moteurs et de graves altérations du système nerveux autonome.
La cause génétique est la présence de trois copies, au lieu de deux normalement présentes, du gène qui contient les instructions pour produire la protéine de la lamine B1 (LMNB1), qui appartient à un groupe de protéines structurelles (Lamines) formant la membrane nucléaire de la cellule. Chez les patients atteints d’ADLD, la Lamine B1 s’accumule dans les cellules, entrainant la neurodégénérescence.
Avec notre projet, nous fournirons la première option thérapeutique pour l’ADLD, en développant une technique appelée « silence spécifique à l’allèle ». En utilisant de petites molécules d’ARN appelées «pARNi », nous serons en mesure de « désactiver » l’une des trois copies du gène, et de restaurer les niveaux physiologiques de lamine B1, évitant l’accumulation de la protéine et le développement de la maladie.
Pour valider notre stratégie thérapeutique réalisée à partir des pARNIs, nous allons générer deux modèles in vitroinnovants basés sur des cellules souches pluripotentes induites (iPSC) dérivées de patients atteints d’ADLD qui permettront une réelle approche de « la maladie en boîte de pétri » au laboratoire. Les iPSCs sont un outil très polyvalent, car ils peuvent être utilisés pour recréer en laboratoire différents types de cellules normalement difficiles ou impossibles à obtenir d’un patient, comme celles du système nerveux central. Dans ces modèles, nous testerons le matériel génétique déjà mis au point dans notre laboratoire pour mesurer l’efficacité et la puissance de la réduction du LMNB1 et l’absence d’effets indésirables ou dangereux. Notre projet vise à ouvrir la voie à une thérapie pour l’ADLD et à établir des modèles et des approches thérapeutiques qui peuvent avoir une grande importance pour les études futures non seulement sur l’ADLD, mais aussi sur la physiopathologie et le traitement d’autres leucodystrophies et maladies génétiques.

nanoERT ‐ Thérapie de substitution enzymathique basée sur des nanoparticules pour un  traitement de la maladie de Krabbe : une étude pré-clinique chez la sourisTwitche

La maladie de Krabbe (KD) est une maladie autosomique récessive et neurodégénérative causée par la carence de l’enzyme lysosomique galactocérébrosidase (GALC). C’est un trouble métabolique mortel, avec une fréquence d’environ 1/100000 chez les nouveau-nés. La forme infantile représente 85-90% des cas et les symptômes apparaissent entre l’âge de 3 mois et 6 mois. Les premiers symptômes sont la dysphagie, la nervosité, l’hypertonie ; des convulsions sont également souvent présentes. Avec l’évolution de la maladie, la cécité et la surdité apparaissent, l’évolution de la maladie peut conduire à un état végétatif et entrainer la mort au cours des 2 premières années.
Malheureusement, l’administration systémique (par injection intraveineuse) du GALC n’est pas efficace en raison de la présence de la barrière hémato-encéphalique (BHE) qui ne permet pas la translocation de protéines volumineuses comme le GALC dans le système nerveux central. Il n’existe aujourd’hui aucun traitement pour la maladie de Krabbe, et le traitement proposé est uniquement symptomatique.
Notre stratégie pour surmonter ce problème est d’exploiter les nanoparticules actives capables de transporter GALC à travers le BBB. Grâce à une précédente étude pilote soutenue par ELA, nous avons démontré qu’avec cette approche, il est possible d’obtenir un rétablissement de l’activité GALC dans le cerveau du modèle souris de KD, et dans les cellules des patients KD.
Dans le cadre de ce projet, nous effectuerons un essai préclinique complet dans le modèle KD murin. Un protocole d’enzymothérapie de substitution (ERT) sera optimisé à partir de nos nanoparticules pour fournir une GALC fonctionnelle via une administration systémique dans le cerveau de la souris. Nous allons tester si cette thérapie peut améliorer la physiopathologie en termes de : i. durée de vie, ii. prévention / ralentissement des altérations neuropathologiques, et iii. préservation des fonctions motrices.
Le matériel nécessaire à cette étude étant déjà autorisé pour une utilisation clinique, en cas de résultat positif du projet, cette recherche pourrait être appliquée à court et à moyen terme. Enfin, nous tenons à souligner que notre approche méthodologique, ici proposée pour corriger la carence en GALC, est potentiellement applicable à d’autres troubles de stockage lysosomiques ayant une implication cérébrale majeure, tels que la leucodystrophie métachromatique, en modifiant l’enzyme fonctionnelle transportée par les nanoparticules.

La leucoencéphalopathie mégalencéphalique avec kystes sous-corticaux est une maladie astrocytaire de l’unité neurovasculaire

La leucodystrophie mégalencéphalique avec kystes sub-corticaux (MLC) est une forme rare de leucodystrophie principalement liée à des mutations du gène MLC1. Les patients atteints de cette maladie souffrent de macrocéphalie et de symptômes moteurs et cognitifs associés à une dégénérescence progressive de la myéline. La raison pour laquelle l’absence de MLC1 entraîne ces défauts est une question à part entière. MLC1 est une molécule produite par les astrocytes, qui sont les principales cellules gliales du cerveau et sont nourries par les  vaisseaux sanguins. Les astrocytes contrôlant les fonctions vasculaires dans le cerveau, nous faisons l’hypothèse que des mécanismes vasculaires cérébraux pathologiques puissent être impliqués dans la MLC, une piste qui n’a encore jamais été abordée. En utilisant un modèle de souris déficient pour MLC1, nous avons commencé à découvrir une pathologie gliovasculaire dans la MLC. Le résultat de nos recherches montre que cela pourrait être le premier signe pathologique de MLC. Nous proposons maintenant d’explorer davantage ces altérations vasculaires avec l’idée sous-jacente que la connaissance de leurs mécanismes causatifs pourrait fournir des options thérapeutiques pour les patients atteints de MLC.

AAV a médié l’administration de gènes pour le phénotype moteur et sensoriel de l’adrénomyéloneuropathie

L’adrénomyéloneuropathie est une maladie invalidante à long terme et pour laquelle aucun traitement n’est proposé aujourd’hui. En tant que maladie héréditaire, la correction génique est clairement nécessaire pour changer le cours de la maladie. Nous avons mis au point une technique pour importer une copie saine du gène défectueux directement dans le cerveau et la moelle épinière.
Nous l’avons testée chez des souris atteintes de la maladie et avons fait des découvertes clés sur un type de cellule essentiel à ce processus : les neurones qui se situent dans le cerveau et tout le long de la moelle épinière. Grâce à ces connaissances, nous avons amélioré la technique de transmission des gènes à l’aide de nouveaux vecteurs viraux.
Fait important, nous avons également établi des partenariats avec l’industrie qui pourrait nous accompagner dans la mise en place d’essais cliniques futurs.
Au-delà de l’élaboration d’un traitement dont le besoin est immense, nos études nous permettent également de mieux comprendre les mécanismes biologiques de l’adrénomyéloneuropathie.

Développement d’enzymes lysosomiques chimériques ayant une meilleure biodisponibilité pour faire progresser les stratégies de thérapie génique de la leucodystrophie à cellules globoïdes

La leucodystrophie à cellules globoïdes (GLD) est une maladie neurodégénérative de stockage lysosomique (LSD) due à une déficience génétique de la bêta-galactosylcéramidase (GALC). La progression rapide des formes infantiles et la neurodégénérescence sévère posent des problèmes majeurs pour le développement de traitements efficaces. Actuellement, il n’y a pas d’option thérapeutique pour les patients atteints de GLD.
Les résultats prometteurs mais encore minces obtenus dans les modèles précliniques utilisant des approches novatrices (thérapies géniques/cellulaires) mettent en évidence la difficulté de fournir des niveaux thérapeutiques pertinents de l’enzyme GALC en toute sécurité et au moment opportun (avant l’apparition des symptômes), de façon globale (dans tous les tissus touchés) et sur le long terme (idéalement pour toute la vie).
Cette difficulté repose en partie sur notre compréhension imparfaite des mécanismes de correction enzymatique dans les différents types de cellules qui en sont des cibles (c.-à-d. les cellules cérébrales) ou les effecteurs (les cellules issues des souches sanguines) dans le contexte des approches de thérapie génique/cellulaire. C’est une lacune que nous cherchons à combler avec cette étude. L’objectif à long terme de cette étude est de concevoir des approches thérapeutiques basées sur une solide connaissance de ces mécanismes, réalisées à l’aide de modèles GLD pertinents.
Nous supposons que l’utilisation d’une enzyme GALC conçue pour augmenter sa sécrétion et sa capacité à franchir la barrière hémato-encéphalique peut augmenter l’efficacité des approches de thérapie génique/cellulaire dans la GLD, comme elle le fait dans les modèles précliniques de maladies similaires. En tirant parti de notre expertise dans l’étude et le traitement de la GLD, et en nous appuyant sur la disponibilité de nouveaux réactifs et outils, nous concevrons des enzymes GALC chimériques qui seront testées pour leur sécrétion/biodisponibilité, leur sécurité et leur modalité d’action en comparaison directe avec l’enzyme non modifiée, dans les types de cellules pertinents (cellules souches/progénitrices hématopoïétiques et progéniteurs différenciés) et, finalement, chez les souris GLD.
La réussite de ce projet permettra d’accroître les connaissances mécanistiques sur la correction de la maladie dans la GLD, ouvrant la voie à de nouvelles stratégies de thérapie génique/cellulaire utilisant des enzymes modifiées qui seront appliquées comme traitements indépendants et/ou en combinaison pour parvenir à une correction globale de la maladie.

Des organoïdes cérébraux pour l’évaluation de nouvelles stratégie thérapeutique pour l’adrénoleucodystrophie

L’adrénoleucodystrophie liée à l’X (ALD) est la leucocdystrophie la plus courante. Tous les patients ALD présentent une mutation de l’ABCD1 et une accumulation des acides gras à très longue chaîne (AGTLC) dans les tissus, y compris dans le cerveau et la moelle épinière. À l’âge adulte, presque tous les hommes et plus de 80 % des femmes développent une myélopathie chronique progressive (adrénomyéloneuropathie) pour laquelle aucun traitement n’est disponible à ce jour. La greffe de cellules souches hématopoïétiques (GCSH) et la thérapie génique autologue ex vivo sont efficaces dans le traitement de l’ALD cérébrale, mais seulement aux premiers stades de l’inflammation cérébrale. Malheureusement, les patients traités par greffe peuvent encore développer une myélopathie à l’âge adulte, car la greffe est efficace uniquement pour arrêter la composante inflammatoire de la maladie, mais ne traite pas le défaut biochimique sous-jacent. Cette lacune thérapeutique souligne la nécessité de développer des traitements efficaces visant à normaliser les niveaux d’AGTLC dans le cerveau et la moelle épinière. En utilisant des cellules de la peau de patients ALD, nous avons démontré que les AGTLC saturés induisent un stress cellulaire, dont le maintien entraîne la mort cellulaire. Cet effet n’est pas observé avec les AGTLC mono-insaturé. Nous avons identifié de petites molécules qui activent une voie métabolique alternative qui convertit les AGTLC saturés en mono-insaturés.
Le traitement des cellules ALD corrige complètement les niveaux d’AGTLC. Le traitement de la souris ALD avec ces molécules ajoutées à leur nourriture, entraîne une diminution des glandes surrénales, de la moelle épinière et du cerveau. Malheureusement, ces petites molécules ne sont pas complètement spécifiques et provoquent des effets secondaires. Nous étudions actuellement la possibilité d’utiliser d’autres molécules plus spécifiques. Une fois identifiées, elles seront  testées dans un modèle de maladie ALD.
Dans ce projet, nous allons développer un nouveau modèle de maladie ALD.
Nous avons déjà généré des cellules souches à partir de cellules de peau contrôles ALD. Ces cellules souches peuvent être utilisées pour produire des organoïdes (construction miniaturisée et simplifiée d’un organe). Fait intéressant, avec les outils appropriés, nous pouvons utiliser ces cellules souches pour produire des organoïdes cérébraux.
La possibilité d’utiliser des organoïdes cérébraux contrôles ALD représenterait une étape majeure pour le développement d’une thérapie pour l’ALD et pour d’autres leucodystrophies. L’utilisation  des organoïdes diminue Le nombre d’études sur les animaux et constitue un modèle préclinique qui reflète mieux la maladie.