Le chemin du traitement 23
Entretien avec Tom Schwarz de Harvard
Nous étions en contact avec Thomas Schwarz, professeur de neurobiologie à la Harvard Medical School et professeur de neurologie au FM Kirby Neurobiology Center du Boston Children's Hospital. Thomas Schwarz et son laboratoire participent à la recherche sur l'ADOA et développent non pas un, mais deux traitements potentiels !
Pouvez-vous nous donner un aperçu de la façon dont vous recherchez ADOA ?
Je répondrai en expliquant ce que l'équipe du Boston Children's Hospital a fait concernant l'ADOA et ce que nous essayons de faire en développant des orientations thérapeutiques. Notre travail sur l'ADOA est né de conversations avec une famille qui s'intéressait très personnellement à cette maladie et était désireuse de promouvoir et même de parrainer la recherche sur l'ADOA. Ici, au Boston Children's Hospital, il existe une très forte communauté de neurosciences fondamentales, comprenant plusieurs scientifiques qui étudient les cellules ganglionnaires de la rétine, le type de cellule le plus sujet à la dégénérescence dans l'ADOA. Et il y a aussi mon laboratoire qui s'intéresse depuis longtemps à la biologie cellulaire des mitochondries neurales. Cela inclut les mitochondries des cellules ganglionnaires de la rétine, qui meurent à cause de l'ADOA. Nous avons donc constitué un consortium collaboratif incluant mon laboratoire et celui des Drs. Michael Do, Larry Benowitz et Chinfei Chen. Nous avons également un excellent partenariat continu avec le Dr. Marni Falk et ses collègues de l'Hôpital pour enfants de Philadelphie (CHoP). Je dois dire que la majeure partie du travail a été réalisée par un fantastique postdoctorant dans mon laboratoire, le Dr. Chen Ding, PhD, avec l'aide et les conseils de nos collègues et des principales installations du Boston Children's.
Notre plan était de créer un nouveau modèle murin d’ADOA porteur de la mutation R290Q trouvée dans plusieurs familles. De nombreuses mutations de l'ADOA provoquent ce que les généticiens appellent une « haploinsuffisance », ce qui signifie que la mutation empêche simplement l'une des deux copies du gène OPA1 de produire une protéine fonctionnelle, et que les cellules doivent se contenter de la moitié de la quantité d'OPA1 qu'elles devraient normalement avoir. . D'autres mutations de l'ADOA – en particulier celles qui appartiennent à la partie OPA1 ayant une activité enzymatique – sont pires que la simple production d'une protéine qui ne fonctionne pas. Au lieu de cela, ils fabriquent une protéine qui gêne activement et empêche la bonne copie d’OPA1 de fonctionner également. On les appelle mutations « dominantes négatives », et les patients présentant ces mutations sont parfois appelés patients ADOA+. La mutation R290Q se situe juste à la limite de cette partie enzymatique, nous ne savions donc pas s'il s'agirait d'une simple mutation par perte de fonction ou d'un négatif dominant, mais nous espérions qu'elle donnerait un phénotype suffisamment fort chez la souris pour que nous pourrions l'utiliser pour étudier la dégénérescence des cellules ganglionnaires de la rétine.
Comment avez-vous réussi à modifier les gènes de la souris, quelle technologie avez-vous utilisée ?
Nous avons utilisé la technologie CRISPR pour introduire cette mutation R290Q – ce qui s’est avéré étonnamment difficile ! Nous pensons que cela est dû au fait que la méthode CRISPR a trop bien fonctionné et a muté les deux copies du gène OPA1 – et que les cellules dont les deux copies sont mutées ne produiront pas de souris viable. Mais finalement, nous avons réussi à créer la lignée de souris mutantes R290Q et étudions cette souris depuis 2 ans. Nous avons également obtenu de CHoP une lignée de cellules souches provenant d’un patient et présentant la même mutation – ainsi qu’un groupe témoin avec cette mutation corrigée par CRISPR. Cela signifie que nous pouvons réaliser des expériences en parallèle sur le modèle murin et sur les neurones humains que nous pouvons générer à partir de ces cellules souches. Le travail avec la souris R290Q se passe bien. Les fonctions normales du gène OPA1 consistent notamment à permettre aux membranes internes des mitochondries de fusionner lorsque deux mitochondries se rencontrent. Dans les cellules saines, y compris les neurones sains, de nombreuses mitochondries sont fusionnées en un réseau. Cependant, dans les neurones de la souris R290Q, les mitochondries sont fragmentées, comme on pouvait s'y attendre avec une mutation OPA1. Les rétines de ces souris sont étonnamment normales et fonctionnelles lorsqu’elles sont jeunes, mais à mesure qu’elles vieillissent, nous constatons de nombreux défauts parallèles à ceux observés chez les patients ADOA. N'oubliez pas que la perte de cellules ganglionnaires rétiniennes chez les patients atteints d'ADOA peut prendre des décennies, mais les souris vivent généralement environ 2 ans. Nous avons donc de la chance que dans notre modèle murin, nous puissions constater que certaines de ces cellules ganglionnaires rétiniennes meurent après seulement 9 à 12 mois.
Chez les souris en bonne santé, il existe une couche isolante normale autour des axones (la longue partie du nerf optique qui transmet l'information au cerveau) des cellules ganglionnaires de la rétine. La souris R290Q présente également une démyélinisation des fibres nerveuses (axones) du nerf optique – en d’autres termes, une perte de la couche isolante normale qui contribue à la conduction nerveuse dans la partie des cellules ganglionnaires de la rétine qui transporte les signaux de l’œil au cerveau. . Nous réalisons également des enregistrements électrophysiologiques (électrorétinogrammes et potentiels évoqués visuels) qui permettent de détecter la capacité des cellules ganglionnaires de la rétine à se déclencher et à envoyer des signaux au cerveau. Ces enregistrements montrent de profonds défauts à mesure que les animaux vieillissent. De plus, le laboratoire de Michael Do a mis au point un test remarquable dans lequel ils peuvent découper la rétine à laquelle est attaché le nerf optique, présenter des modèles de lumière précis à la rétine et enregistrer l'activité électrique qui en résulte dans le nerf optique – d'une manière magnifiquement directe. étudier la fonction des populations de cellules ganglionnaires rétiniennes. Ceci suggère à nouveau un changement de fonction chez la souris mutante R290Q et commence à révéler où ce changement se produit.
Pouvez-vous s'il vous plaît nous en dire un peu plus sur la façon dont cela pourrait conduire à une thérapie pour l'ADOA ?
Avec nos systèmes modèles à portée de main, nous testons deux stratégies thérapeutiques. L’une d’elles est la thérapie de remplacement génique. En termes simples, il s’agit d’un moyen de remettre une bonne copie d’OPA1 dans les cellules ganglionnaires de la rétine. D'une part, l'ADOA est un bon candidat pour cette approche car il est relativement facile d'obtenir des copies d'un gène dans les cellules ganglionnaires de la rétine par injection dans l'humeur vitrée de l'œil, avec un virus sûr et non reproducteur qui exprime le gène. . Il s’agit d’une forme de thérapie génique approuvée pour une utilisation clinique sur la rétine dans d’autres conditions. De plus, comme la dégénérescence est lente, il existe une bonne fenêtre de temps pour tenter de perturber la dégénérescence en ajoutant le bon spécimen. Mais il y a un problème : la protéine OPA1 humaine est fabriquée en 8 variantes différentes (par un processus appelé épissage alternatif de l'ARN) et il n'est pas possible de toutes les rajouter. Nous déterminons si l’ajout d’une seule de ces variantes sera suffisant et, si oui, quelle variante utiliser.
Notre deuxième approche consiste à inhiber une protéine neuronale appelée SARM1. SARM1 est une enzyme qui est activée dans les neurones stressés ou endommagés et provoque la mort des neurones – elle semble n’avoir d’autre but que de servir de commutateur de suicide cellulaire. De nombreuses personnes dans le monde universitaire et dans les sociétés pharmaceutiques et biotechnologiques investissent du temps et de l’argent dans le développement de l’inhibition de SARM1 comme stratégie de prévention de la neurodégénérescence. Si la dégénérescence des cellules ganglionnaires rétiniennes dans l'ADOA se poursuit en activant SARM1, les patients ADOA pourraient bénéficier de ces développements.
Pensez-vous que le traitement en développement soit applicable à un groupe plus large de patients ADOA ou sera-t-il spécifique à une mutation ?
In tegenstelling tot bepaalde CRISPR-gebaseerde strategieën die zijn afgestemd op slechts één specifieke mutatie, zouden zowel het terugplaatsen van een werkend exemplaar van OPA1 als het voorkomen van SARM1-activering even goed moeten werken voor de meeste, misschien alle, patiënten die OPA1-mutaties avoir. L’exception à l’approche de remplacement génique pourrait concerner les formes négatives dominantes sévères trouvées dans ADOA+ ; il y aurait une sorte de compétition entre les copies mutées et les copies normales et la mutation dominante négative pourrait encore poser des problèmes. L’autre mise en garde est que ces stratégies, si elles fonctionnent, seraient relativement faciles à appliquer dans l’œil, mais la thérapie génique est plus difficile pour les autres types de neurones affectés dans l’ADOA+.
Les deux approches thérapeutiques pourraient-elles être utilisées en combinaison, ou l’accent serait-il mis sur l’une ou l’autre ?
Nous espérons qu’au moins une de ces stratégies sera payante. Si les deux fonctionnent, je ne vois aucune raison pour laquelle les stratégies, si elles fonctionnent, ne pourraient pas être combinées si cela pouvait accroître leur efficacité. Il n’y a a priori rien d’incompatible entre eux.
Enfin, je voudrais souligner à quel point il a été crucial de disposer d’une équipe de collaborateurs experts. C’est la force de beaucoup – aucun d’entre nous n’aurait eu le courage de relever ce défi sans notre expertise combinée et rien de tout cela ne serait arrivé sans l’initiative de la famille qui a alimenté et soutenu le projet.
