Edition génomique chez l'homme: premier cas

Un premier cas d'édition génomique chez l'homme vient d'être pratiqué

Le 6 Novembre 2017 un homme de 44 ans atteint du syndrome de Hunter a reçu une administration intraveineuse d’un adénovirus (inactif non pathogène) porteur du gène IDS normal et du système Zinc Finger Nuclease pour éditer le gène muté, à l'Hôpital Benioff d'Oakland (Californie) dans le service du Dr Paul Harmatz. Ce travail n'a pas encore été publié.

 

Brian madeux

Le malade recevant l'injection virale

 

Syndrome de Hunter

Le syndrome de Hunter est une mucopolysaccaridose (MPS) de type II liée à une mutation dans le gène IDS qui code pour l’iduronase 2-sulfatase (I2S), une enzyme impliquée dans le fonctionnement des lysosomes (voir sur ce site: Maladies Lysosomales: Maladie de Sanfilippo). C’est une maladie lysosomale rare liée à l’X avec une transmission recessive. Elle touche environ 10 000 personnes au niveau mondial. Au moins 400 mutations différentes ont été détectées sur ce gène. L’enzyme I2S clive les groupements O-sulfate des glycosaminoglycanes (dermatan sulfate et héparant sulfate), des macromolécules glucidiques entrant dans la composition des matrices extracellulaires des tissus conjonctifs. Ce clivage est la première étape de leur élimination.

 

Les lysosomes sont des organelles cellulaires présentes dans le cytosol de toutes les cellules eucaryotes, à l'exception des globules rouges. Ils sont impliqués dans les réactions de digestion intracellulaire (ou extracellulaire via exocytose dans le cas des chondroblastes, ostéoclastes et macrophages) grâce à une quarantaine d'enzymes, dont des lipases, des protéases, des nucléases, des glycosidases, des phosphatases et des sulfatases. La déficience en activité de l’I2S se traduit par une accumulation excessive de glycosaminoglycanes dans les lysosomes et conduit à leur dysfonctionnement dans toutes les cellules de l’organisme.

 

Le phénotype clinique est caractérisé par des obstructions sévères des voies arériennes, des dépots de glycosaminoglycanes dans le cœur, le foie, la râte avec des pathologies associées (cardiomyopathies, hépatosplénomégalies), atteintes des os et cartilages avec de sévères déformations du squelette. Il peut également y avoir atteinte du système nerveux central avec troubles cognitifs et de l’apprentissage et un déclin neurologique progressif. Généralement, les malades décèdent durant la première ou la seconde décade, mais le décès peut survenir avant (adolescence) ou plus tard (50-60 ans) vraisemblablement en fonction du type de mutation.

 

Le malade avait subit des hospitalisations et opérations multiples pour hernies discales, déformations osseuses, pathologies ORL et ophtalmologiques, calculs biliaires, et pneumopathies (bronchites et pneumonies).

 

L’édition génomique par Zinc Finger Nucleases

Nous avons décrit sur ce site la méthodologie CRISPR/Cas9 basée sur trois constituants : des ARN guides qui reconnaissent la séquence cible (deux zônes du gène muté encadrant la mutation), la nucléase Cas9 qui se lie aux ARN guides et coupent le gène de part et d’autre de la mutation, et un ADN de réparation qui remplacera la partie coupée par la Cas9 par recombinaison homologue.

 

La méthode utilisée ici est celle des Zinc Finger Nucleases (ZFN) voir la figure ci-dessous.

 

Zfn edition 1

Edition génomique par le système Zinc Finger Nuclease, ZFN (Adapté de Carroll 2011)

 

Les ZFN sont des protéines de fusion comprenant des éléments de liaison à l’ADN (zinc fingers : doigts de zinc en anglais, propres à certains facteurs transcriptionnels) associés au domaine de clivage non spécifique de l’ADN de la nucléase Fok1 (rectangle jaune sur la figure). Chaque doigt de zinc est conçu de façon reconnaître un triplet spécifique de bases nucléotidique (par exemple TGC). Mais cela n’est évidemment pas suffisant pour conférer la spécificité nécessaire à l’édition génomique à un endroit précis du génome. Aussi, plusieurs doigts de zinc, entre 3 et 6, (rectangles vert, bleu et orange sur la figure) sont synthétisés et associés pour former un “polydoigt” de zinc qui va cibler la séquence à éditer avec une spécificité convenable. Deux doigts de zinc sont nécessaires pour une coupe en double brin.

Comme dans le cas de la méthodologie CRISPR/Cas9, les fragments d’ADN codant pour les éléments ZFN et l’ADN de réparation (partie du gène non mutée) ont été empaquetés dans un virus (ici un adénovirus) et quelques milliards de virions ont été administrés au malade par voie intraveineuse. Le virus va infecter divers types cellulaires de l'organisme et les cellules synthétiseront les éléments ZFN ainsi que l'ADN de réparation. On s'attend à ce que ces éléments soient fonctionnels et jouent leur rôle en réparant le gène muté. Il y fort peu de chance pour que la réparation se fasse à 100% dans toutes les cellules de l'organisme. Mais, il a été calculé qu'un rendement de réparation de seulement 1% suffirait pour corriger la maladie de façon significative.

Les risques liés à cette intervention sont les mêmes que ceux liés à une édion génomique avec CRISPR/Cas9:

  • effet hors cible : “réparation” d'un gène qui n'est pas IDS avec possibilité de cancer si par exemple ce gène est un inhibiteur de tumeur
  • introduction de mutations dans le gène affecté par la voie de jonction d'extrêmités non homologues dont les conséquences sont impossibles à déterminer mais potentiellement délétères.

 

Il faut maintenant attendre quelques mois pour savoir si cette thérapie a fonctionné de façon satisfaisante, c’est à dire en permettant une rémission significative des symptômes du malade.

 

Premiers résultats (7 Février 2019)

Du 4 au 8 février 2019 se tenait à Orlando en Floride le 15eme Symposium Annuel Mondial sur les Maladies Lysosomales. Parmi les nombreuses interventions, le Dr. Paul Harmatz de l'Hôpital Benioff d'Oakland (Californie) a présenté le 7 Février les premiers résultats sur l’édition génomique réalisée dans son service l’année dernière sur Brian Madeux, le malade atteint de la maladie de Hunter (voir plus haut). Depuis, d’autres malades ont été inclus dans ce programme thérapeutique pour le traitement de la maladie de Hunter et de la maladie de Hurler (mucopolysaccharidose de type I), une autre maladie lysosomale due à une mutation du gène IUAD porté par le chromosome 4 et codant l'alpha-L-iduronidase, une enzyme impliquée dans le métabolisme des acides mucopolysaccharidiques.

Contrairement à l’édition génomique de l’embryon (voir sur ce site l’étude chinoise : Deux bébés génétiquement modifiés et l’Affaire des bébés-CRISPR), l’édition génomique chez l’adulte est beaucoup moins controversée du fait que les modifications génétiques induites ne seront pas transmises à la descendance.

« La première étape vient d’être franchie », confirmait le Dr. Joseph Muenzer (de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill) qui a participé à l’analyse des résultats biologiques. Les résultats obtenus sur Brian Madeux et sept autres malades atteints du syndrome de Hunter, plus trois autres atteints du syndrome de Hurler suggèrent que le traitement est sans danger, ce qui était le but de la première phase de cet essai thérapeutique. Les trois problèmes survenus durant la thérapie (bronchite, troubles du rythme cardiaque et hernie) étaient dus à la maladie et non au traitement.

L’analyse réalisée sur les prélèvements tissulaires a confirmé que l’édition génomique avait fonctionné à un faible niveau chez deux malades Hunter ayant reçu une dose intermédiaire de l’adénovirus porteur du système Zinc Finger Nucleases de correction, mais pas chez un malade Hurler ayant reçu la plus faible dose. Les tests réalisés chez les malades Hurler ayant reçu la plus forte dose d’adénovirus seront réalisés plus tard cette année.

Les tests sanguins ont permis de détecter un niveau de l’enzyme manquante légèrement supérieur chez les malades Hunter sans pour autant que le niveau normal ait été atteint. Une augmentation beaucoup plus importante a été détectée chez un des malades, mais des symptômes suggérant une attaque de la Zinc Finger Nuclease par son système immunitaire ont été détectés. Un traitement immuno-modulateur a été administré à ce malade et ces symptômes ont disparu. Des résultats plus encourageants ont été observés chez les malades Hurler. Chez ces malades, le niveau de l’enzyme manquante a retrouvé sa valeur normale. « Ces résultats sont très prometteurs » reconnaissait le Dr Harmatz.

Cependant, l’analyse des urines des malades (Hunter et Hurler) n’a montré aucune réduction dans l’accumulation des mucopolysaccharides, suggérant que la thérapie n’était pas encore suffisamment efficace. Le test critique sera de vérifier qu’après arrêt du traitement hebdomadaire de supplémentation de l’enzyme manquante, i) le niveau sanguin normal de cette enzyme sera atteint et ii) l'accumulation des mucopolysaccharides dans les urines aura été fortement réduite, ces deux arguments attestant ainsi de la production normale de l'enzyme fonctionnelle du fait de l’édition génomique.

Clairement, nous n'en sommes pas encore là, même si cette première étape est encourageante.

Le Dr Sandy Macrae, Président de la compagnie Sangamo Therapeutics qui produit le système d’édition génomique utilisé dans ces études, confiait : « des versions plus performantes de ce système ZFN sont en cours d’étude et de fabrication. Puisque ce traitement semble être sans danger, les agences de régulation ont accepté le traitement d’adolescents atteints du syndrome de Hurler par cette thérapie d’édition génomique. Le but ultime est de traiter les enfants le plus tôt possible avant que la maladie n’ait provoqué des désordres potentiellement irréversibles. Notre compagnie va attendre la publication des résultats sur ces premiers malades avant de décider comment continuer ».

 

A suivre donc...

 

Sources: Associated Press et North America US News

 
 

 

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Date de dernière mise à jour : 03/04/2019