Tuer le messager avec le silençage génique de l’ARN simple brin

Après d’énormes progrès ces dernières années, nous nous rapprochons de plus en plus des essais sur l’homme de la réduction de la huntingtine ou du « silençage génique » en tant que traitement potentiel de la maladie de Huntington. Les techniques plus récentes, meilleures et plus sûres sont toujours les bienvenues et l’annonce du silençage de l’« ARN simple brin » suscite beaucoup d’enthousiasme. De quoi s’agit-il ?

Les médicaments de silençage génique agissent en indiquant aux cellules de ne pas fabriquer la protéine huntingtine, la cause des dommages dans la maladie de Huntington. Ils le font en interférant avec les systèmes de fabrication de protéines des cellules.

Il existe deux principaux types de médicaments de silençage génique : les oligonucléotides antisens (ASO) et l’interférence ARN (ARNi). Cet article traite de l’interférence ARN.

Tout en se dirigeant vers des essais cliniques aussi rapidement que possible, les scientifiques ont également travaillé au développement d’une nouvelle technique d’interférence ARN, que l’on espère améliorée. Pour expliquer les différences par rapport aux techniques existantes, nous devons expliquer un peu comment les gènes sont lus pour fabriquer des protéines. Restez avec nous, ça en vaudra la peine !

Que sont l’ADN et l’ARN ?

L’ADN est le plan de fabrication des humains. C’est une longue molécule constituée d’éléments collés appelés bases qui se présentent en 4 « saveurs » – C A G et T. Ce sont les lettres dans lesquelles notre code génétique est écrit.

La « double hélice » d’ADN est constituée de deux brins qui s’alignent côte à côte. Chaque brin est une chaîne de bases, et les deux brins sont maintenus ensemble par des liaisons chimiques entre les bases sur les brins opposés. A s’apparie avec T, et C s’apparie avec G.

Pour passer de l’ADN à une protéine, une « copie de travail » de l’ADN doit être réalisée. La copie est appelée ARN « messager », ou ARNm. L’ARN est étroitement lié à l’ADN, mais son aspect est un peu différent.

L’ARNm est le modèle qui indique à une cellule comment assembler une protéine. Chaque fois qu’une cellule fabrique une protéine, y compris la protéine huntingtine, elle le fait en lisant les instructions de l’ARNm qui correspond à cette protéine.

Interférer avec l’ARNm de la huntingtine – ou « tuer le messager » – empêche la protéine huntingtine d’être assemblée, et c’est la base du silençage génique dans l’interférence ARN.

OK – revenons au silençage génique

Jusqu’à présent, les techniques de silençage génique à base d’ARN utilisaient des molécules d’ARN double brin, appelées ARNsi. L’ARN double brin était nécessaire jusqu’à présent, car l’ARN simple brin est détruit par les propres mécanismes d’élimination des déchets des cellules avant de pouvoir effectuer un silençage.

Une fois à l’intérieur des cellules, l’ARN double brin doit se séparer en brins simples pour lui permettre de se lier à la molécule messager de l’ARNm de la huntingtine. Ensuite, une enzyme dans les cellules détruit l’ARNm, de sorte que la protéine mutante n’est jamais fabriquée.

Nous savons que cette façon de faire peut réduire considérablement la quantité de protéine HD mutante fabriquée dans les cellules. Ce dont nous sommes moins sûrs, c’est si le brin indésirable qui se sépare a des effets secondaires néfastes sur les cellules. Il est possible que le corps lance une attaque contre le brin restant et cause des dommages. Une autre possibilité est que le brin restant se lie à d’autres ARNm et empêche la fabrication d’autres protéines importantes.

Les molécules d’ARNsi double brin ne se propagent pas très loin dans le cerveau, ce qui rend difficile le traitement de grandes zones cérébrales.

Une dernière difficulté des ARNsi double brin est qu’ils doivent être conditionnés de manière compliquée afin de les amener aux bons tissus pour qu’ils fassent leur travail.

Des études ont été menées sur des modèles animaux de souris et de singes atteints de la maladie de Huntington, qui ont montré que les ARNsi sont sûrs et efficaces, mais les scientifiques sont un groupe prudent car nous devons être vraiment sûrs de la sécurité avant de donner des traitements à de précieux humains. La dernière chose que nous voulons faire est d’aggraver la MH.

ARNsi simple brin

Une idée pour réduire le risque d’effets néfastes de l’interférence ARN est de produire un ARNsi simple brin. Mais comment pourrions-nous surmonter le problème de la stabilité – cette habitude ennuyeuse des cellules de découper le médicament ARN simple brin ?

Après beaucoup de travail acharné, un groupe de chercheurs dirigé par David Corey à Dallas, en collaboration avec ISIS pharmaceuticals, vient d’annoncer qu’ils ont enfin réussi. Pour vous donner une idée de l’enthousiasme que cela a suscité, cela a été annoncé dans non pas un, mais deux articles « dos à dos » dans la même édition de la revue de premier plan Cell. Tout un scoop !

En apportant quelques modifications chimiques aux tentatives précédentes, l’équipe de Corey a fabriqué un ARNsi simple brin et a pu le conditionner dans une simple solution d’eau salée. Ils ont injecté avec succès l’ARNsi simple brin dans les espaces fluides qui entourent le cerveau dans un modèle murin de MH, et ont pu montrer qu’il se lie à l’ARNm de la huntingtine et empêche la fabrication de la protéine HD.

Gagnant-gagnant-gagnant ?

De plus, contrairement aux médicaments ARNsi double brin qui ont été testés auparavant, les effets de l’ARNsi simple brin se propagent dans tout le cerveau plutôt que d’être confinés à la petite zone près de l’injection. Chez ces souris au moins, l’ARNsi simple brin a produit un gagnant-gagnant : il était stable et il s’est propagé plus loin.

Non contents de cela, ils ont poussé les choses plus loin. En modifiant légèrement la structure de leur molécule, ils pourraient également créer un ARNsi simple brin qui ne bloquait que la production de la protéine HD mutante et n’empêchait pas la version normale de la protéine HD d’être fabriquée. Ils l’ont fait en ciblant l’étirement anormalement long de « CAG » dans le gène HD.

Avec un ARNsi simple brin, nous n’avons pas à nous soucier de ce qu’un deuxième brin pourrait faire, et en ciblant uniquement l’ARNm de la huntingtine mutante, il y a moins d’inquiétude quant aux effets possibles de l’arrêt de la production de la protéine HD normale.

Et après ?

Donc, cette nouvelle méthode semble sûre et efficace dans les modèles murins. Maintenant, nous devons nous assurer qu’elle est sûre et efficace dans d’autres modèles animaux plus grands avant même d’envisager de passer à des essais sur l’homme. C’est ce qui se passe maintenant !

Questions en suspens

Quelques questions devront être répondues avant que l’interférence ARN simple brin puisse être testée chez l’homme.

Premièrement, il existe d’autres gènes avec un étirement de CAG en eux. Nous ne savons pas encore si l’introduction d’ARNsi simple brin ciblant ces étirements de CAG pourrait involontairement désactiver d’autres gènes importants.

Deuxièmement, le problème de la livraison. Comment allons-nous atteindre les parties importantes du cerveau des patients atteints de la maladie de Huntington ? Heureusement, les chercheurs en MH et d’autres maladies travaillent déjà sur ce point. Un essai d’un médicament similaire fabriqué à partir d’ADN simple brin est actuellement en cours dans la maladie des motoneurones (SLA).

Enfin, comment allons-nous mesurer et surveiller l’efficacité du traitement ? Dans les modèles animaux, nous pouvons le faire en examinant le tissu cérébral et en mesurant la quantité de protéine huntingtine fabriquée. C’est beaucoup plus difficile à faire chez l’homme, mais les meilleurs scientifiques y travaillent et nous pensons que nous sommes prêts à commencer les essais chez les patients atteints de la maladie de Huntington.

Autres utilisations potentielles de l’ARNsi simple brin

Un dernier aperçu d’une autre utilisation possible de l’ARNsi simple brin. Les chercheurs étudient également son utilisation en combinaison avec la recherche sur les cellules souches. Fondamentalement, ils travaillent à prélever des cellules de la peau d’individus atteints de la maladie de Huntington et à transformer ces cellules de la peau en neurones. Ces neurones pourraient ensuite être traités avec des ARNsi simple brin pour réduire les niveaux de protéine HD nocive avant de les transplanter dans le cerveau.

Il faudra de nombreuses années avant que la combinaison de l’ARNsi simple brin avec des cellules souches dérivées de patients puisse être utilisée comme traitement, mais c’est une idée intéressante et il est bon de savoir que toutes les pistes sont explorées. En attendant, nous nous attendons à ce que l’ARNsi simple brin progresse assez rapidement vers les essais cliniques.

En savoir plus

• Article de Cell de Lima et ses collègues décrivant la technique de l’ARNsi simple brin (l’article complet nécessite un paiement ou un abonnement)
• Article de Cell de Yu et ses collègues sur l’ARNsi simple brin utilisé chez des souris atteintes de la maladie de Huntington (l’article complet nécessite un paiement ou un abonnement)