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Dr Michele Lufino

Traduit par Nathalie Kourimsky 

Oxford, 17 juin 2010

De nombreuses maladies sont provoquées par une erreur ou une mutation de la séquence ADN d'un gène provoquant une dysfonction de celui-ci. Les gènes ayant subi une mutation deviennent souvent incapables de produire un produit protéinique souvent essentiel au fonctionnement correct d'une cellule. L'ataxie de Friedreich est une maladie causée par la mutation du gène de la frataxine donnant lieu à un niveau de production très bas de frataxine, une protéine essentielle pour la cellule.
La thérapie génique est un concept relativement simple basé sur l'idée qu’une maladie provoquée par la mutation d'un gène, entraînant la perte d'une protéine importante, peut être guérie en introduisant une copie saine du même gène. Une fois introduit dans la cellule le gène sain, nommé transgène, fournira la protéine fonctionnante transformant ainsi une cellule malade en une cellule saine normale. 

Il existe deux approches principales pour la thérapie génique : la thérapie ex vivo ou in vivo. En ce qui concerne la thérapie génique ex vivo les cellules vivantes sont prélevées sur un patient puis traitées en laboratoire pour leur permettre de porter en elles le nouveau transgène (cellules transduites). Ensuite, les cellules transduites peuvent être réintroduites dans le patient. Une fois réintroduites dans le patient, les cellules traitées sont censées réintégrer le tissu duquel l’échantillon a été prélevé à l’origine. Bien que cette technique ait marqué des succès importants dans des applications récentes, elle comporte quelques limitations. Souvent, le tissu touché est constitué de cellules incapables de survivre à l’extérieur du corps ou bien la greffe des cellules traitées n’est pas assez efficace pour compenser le reste des cellules mutées présentes dans ces tissus. Dans cette situation, les scientifiques ont recours à la thérapie génique in vivo. Cette technique se base sur l’introduction du gène sain directement dans les tissus touchés du patient (par ex. par injection directe dans les muscles, le système nerveux etc.). Puisqu’une séquence ADN injectée in vivo n’est pas en mesure de pénétrer dans les cellules, on utilise des virus modifiés connus sous le nom de vecteurs viraux pour transporter le transgène directement dans les cellules des patients. Les virus sont considérés comme des machines hautement spécialisées dans la pénétration des cellules et dans l’introduction de séquences d’ADN à l’intérieur de la cellule-hôte. Les vecteur viraux utilisés dans la thérapie génique conservent leur propriété d’introduire des séquences ADN dans les cellules mais sans leur capacité de réplication, de plus ils ne peuvent plus endommager le corps puisque la séquence virale a été retirée et remplacée par le transgène. Les vecteurs viraux sont donc utilisés en tant que porteurs efficaces du transgène. Selon le type de vecteurs viraux utilisés, certains inconvénients comme par ex. une forte réponse immunitaire de la part de l’organisme envers le vecteur viral peut être constatée. Afin de surmonter ces défauts, des méthodes de livraison des transgènes non-virales ont été développées mais celles-ci sont souvent caractérisées par une efficacité limitée en ce qui concerne la livraison du transgène dans les cellules, c’est pourquoi la vaste majorité des protocoles de thérapie génique en cours de développement actuel est basée sur l’utilisation de vecteurs viraux.
Un point important à considérer lors de la conception de vecteurs de thérapie génique est le destin des transgènes une fois que ceux-ci ont été déposés dans les cellules des patients. Puisque le transgène ne peut pas se répliquer, les cellules se reproduisant finiront par perdre le transgène. Pour obtenir une conservation stable du transgène au sein des cellules transduites, deux possibilités se présentent : l’intégration du vecteur dans les chromosomes de la cellule et une conservation extrachromosomiale. Dans la première technique, des vecteurs viraux intégrants (comme des rétrovirus et des lentivirus) insèrent leur séquence ADN vectrice et, par là même le transgène, dans le matériel ADN de la cellule-hôte (génome). Le transgène devient partie intégrante du génome cellulaire du patient et sera reproduit lors de chaque division de la cellule. Il est conservé indéfiniment dans la cellule transduite. Malgré le fait qu’il s’agisse d’un moyen efficace de conserver le transgène, l’intégration de vecteurs viraux peut entraîner l’insertion du transgène à un endroit incorrect du génome ce qui interromprait d’autres gènes et provoquerait une transformation de la cellule (tumeur). En revanche, la conservation par vecteur extrachromosomiale décrit la présence du transgène en tant que séquence d’ADN physiquement indépendante du génome cellulaire du patient mais tout de même capable de se reproduire. Lorsque la cellule transduite se reproduira, le transgène extrachromosomial se répliquera également et persistera dans la cellule, fournissant la protéine manquante dans les tissus touchés du patient. Cette approche élimine les risques associés avec l’utilisation de vecteurs intégrants mais permet dans le même temps une rétention transgénique dans la cellule transduite au fil du temps. 
Plusieurs approches différentes de thérapies géniques élaborées pour l’ataxie de Friedreich sont actuellement en phase de test dans des modèles cellulaires et animaux de l’ataxie de Friedreich  (animaux présentant les symptômes caractéristiques de l’ataxie de Friedreich). Une étude utilisant des vecteurs intégrants porteurs du transgène de frataxine sain a prouvé que ce gène pouvait être déposé de manière efficace dans les cellules par le biais de vecteurs viraux, néanmoins, ces vecteurs ont également présenté une toxicité probablement due à la production élevée et non contrôlée de frataxine. Des vecteurs basés sur un virus Herpès Simplex 1 non intégrant se sont révélés capables de provoquer un phénotype sain dans des modèles d’animaux comparables à l’ataxie de Friedreich. De nouveaux vecteurs viraux sont en phase de développement sur la base du virus Herpès Simplex 1 qui sont en mesure de fournir une production contrôlée de la protéine de frataxine dont le rôle semble essentiel pour la production à long terme de la frataxine.
La thérapie génique offre des promesses importantes dans le traitement des maladies neurodégénératives comme l’ataxie de Friedreich. La possibilité de pouvoir traiter définitivement un patient par l’introduction d’une version saine du gène de frataxine dans les tissus affectés constitue une approche claire et puissante pour l’élaboration de traitements de l’ataxie de Friedreich. Les obstacles actuels en ce qui concerne l’élaboration des vecteurs et leur introduction dans les tissus touchés doivent être surmontés mais les avantages que pourraient offrir la thérapie génique dépassent de loin les difficultés.  

Dr Michele Lufino est un jeune chercheur. Il travaille à Oxford dans le laboratoire de neurodégénération moléculaire et de thérapie génique dirigé par Richard Wade-Martins. Dr Lufino développe actuellement des vecteurs conçus pour l’étude de l’ataxie de Friedreich et pour le développement d’applications de thérapie génique.