Bloquer un fragment toxique : une nouvelle étude sur des souris souligne l’importance de HTT1a dans la maladie de Huntington

Une nouvelle étude utilisant une édition génétique précise sur un modèle murin de la maladie de Huntington (MH) prouve qu’un petit fragment de la protéine huntingtine (HTT), appelé HTT1a, est un moteur central de la MH. En réduisant les niveaux de HTT1a, les chercheurs ont retardé les signes de la MH, comme l’agrégation des protéines, restauré l’activation ou la désactivation de certains gènes, et rétabli les biomarqueurs chez les souris modèles de la MH. La découverte de la forme la plus toxique de HTT à l’origine de la maladie pourrait avoir des implications importantes sur la façon dont nous concevons les médicaments visant à réduire la HTT.

Un rapide rappel : les répétitions CAG et HTT1a

Toutes les personnes atteintes de la MH présentent une modification du code génétique de leur gène HTT. Une séquence répétée de lettres d’ADN C-A-G s’allonge pour contenir trop de répétitions. Les personnes ayant 40 répétitions CAG ou plus dans leur gène HTT développeront la maladie si elles vivent assez longtemps, et des répétitions plus longues sont généralement liées à un début plus précoce.

La répétition CAG étendue dans le gène HTT provoque une expansion correspondante dans la protéine HTT codée, qui est fabriquée à partir de ces instructions génétiques. Mais la répétition CAG ne modifie pas seulement la séquence protéique. Elle affecte également la façon dont l’intermédiaire entre l’ADN et la protéine – l’ARN messager – est traité.

Une copie de la recette génétique

L’ARN messager est une molécule de message génétique. Il est fabriqué comme une copie fidèle de la séquence d’ADN codée pour un gène donné, avant d’être utilisé pour fabriquer la protéine que cette séquence code. C’est un peu comme faire une copie d’une recette d’un livre pour pouvoir la cuisiner sans avoir à revenir constamment au livre original.

Lorsque la répétition CAG est étendue, un signal caché dans l’ARN messager de la HTT peut être activé. Ce signal est appelé « polyA cryptique » et indique à la machinerie cellulaire d’arrêter de fabriquer la protéine HTT trop tôt. Cela signifie qu’au lieu de fabriquer la protéine HTT pleine longueur, la cellule ne fabrique qu’un petit fragment, appelé HTT1a.

HTT1a : un fragment protéique HTT toxique

Le fragment protéique HTT1a contient la région étendue, codée par la répétition CAG, qui ressemble à de nombreuses glutamines, le même acide aminé, se répétant encore et encore. Ce fragment est très sujet à l’agrégation (un processus appelé agrégation) et s’est avéré toxique dans de nombreux modèles animaux et cellulaires de la MH.

Il est important de noter que plus la répétition CAG est longue, plus la protéine fragment HTT1a est produite. Parce que la répétition CAG peut s’allonger dans certaines cellules du corps chez les personnes atteintes de la MH, un processus appelé expansion somatique, la HTT1a est considérée comme une étape clé dans la progression de la maladie.

Pour mieux comprendre cela, les chercheurs de cette étude se sont demandé si l’augmentation de la quantité de HTT1a produite pouvait être le moteur reliant l’expansion somatique aux lésions des cellules nerveuses.

Une stratégie génétique astucieuse : supprimer les signaux à l’origine du fragment

Pour tester cela directement, l’équipe a utilisé un modèle murin de la MH qui possède près de 200 répétitions CAG dans le gène HTT. C’est un nombre de répétitions beaucoup plus élevé que ce que l’on observe généralement chez l’homme, mais cela accélère l’apparition des symptômes chez les souris, permettant aux chercheurs d’obtenir des réponses à leurs expériences plus rapidement. En raison des particularités des systèmes modèles de la MH, ces souris sont en fait appelées souris HdhQ150.

À l’aide d’outils CRISPR, qui sont comme des ciseaux génétiques, ils ont supprimé une partie du gène HTT qui contient le signal permettant de former le fragment HTT1a. Cela devrait empêcher la formation du fragment toxique HTT1a chez ces souris, même si le nombre de CAG est suffisamment élevé pour déclencher la création du fragment toxique par les cellules. Ce nouveau type de modèle murin de la MH a été nommé souris HdhQ150ΔI, le Δ (delta) représentant le domaine génétique qui a été supprimé.

Ils ont également utilisé des souris avec des nombres de répétitions CAG qui ne causent pas la MH pour représenter la population générale sans MH. Pour ces souris, ils ont également supprimé le signal de production de HTT1a afin d’avoir un contrôle sur les effets possibles de l’édition génétique, indépendamment du nombre de CAG. Cela signifiait qu’ils sauraient si les résultats observés étaient dus à l’édition CRISPR elle-même, ou véritablement au fait que HTT1a n’était pas produite.

Qu’est-il advenu des niveaux de HTT1a chez ces souris ?

Comme prévu, les niveaux de HTT1a ont chuté chez les souris HdhQ150ΔI. La molécule d’ARN messager HTT1a était complètement absente chez ces souris et les niveaux de protéines étaient réduits, mais toujours détectables.

Mais pourquoi trouverait-on encore de la HTT1a ? Les chercheurs suggèrent que cette délétion pourrait avoir conduit la machinerie génétique à « lire » le gène différemment, de manière à produire toujours de la protéine HTT1a, mais en très faibles quantités.

Fait important, les niveaux de HTT pleine longueur, à la fois non étendue (régulière) et étendue (forme MH), sont restés inchangés. C’est important pour les expériences en aval afin que l’équipe puisse déterminer quels effets étaient spécifiquement dus à la réduction de HTT1a, et non aux niveaux totaux de HTT.

Un retard majeur dans l’agrégation

Un résultat frappant de cette étude est que les agrégats toxiques de HTT ont été trouvés dans le cerveau beaucoup plus tard chez les souris HdhQ150ΔI par rapport aux souris HdhQ150.

Chez les souris HdhQ150 standard qui modélisent la MH, des agrégats ont été repérés dans différentes régions du cerveau chez des souris de 6 mois et ont continué d’augmenter à mesure que les souris vieillissaient. Tu te dis peut-être : « Wow ! 6 mois, c’est vraiment jeune ! » Et tu aurais raison. Le calendrier rapide des caractéristiques de la MH chez ces souris est dû au nombre très élevé de répétitions CAG et est intentionnel afin que les résultats puissent être obtenus plus rapidement.

Cependant, chez les souris HdhQ150ΔI qui ne produisaient pas le fragment toxique HTT1a, ces agrégats ont été retardés de plusieurs mois, et dans certaines parties du cerveau, ils n’étaient pas évidents avant que les souris ne soient beaucoup plus âgées. Ces agrégats contenaient toujours de la HTT1a, renforçant l’idée que ce fragment de HTT est important pour déclencher la formation de ces agrégats.

Effets sur l’expression génique

Ensuite, les chercheurs ont examiné quels gènes étaient activés et désactivés dans ces différents modèles murins. Il s’agit d’un changement bien documenté qui se produit tôt dans différents modèles de MH, avec une signature spécifique de changements d’activation génique.

Chez les souris HdhQ150 atteintes de la MH, les chercheurs ont découvert que plus de 1 200 commutateurs géniques étaient altérés à 6 mois dans le striatum, une région profonde du cerveau la plus touchée par la MH. À 12 mois, ce chiffre atteignait plus de 2 800 gènes.

Chez les souris avec moins de HTT1a, certains de ces commutateurs géniques ont été restaurés, avec une amélioration de 25 % à 6 mois et de 40 % à 12 mois. Lorsqu’ils ont examiné une autre partie du cerveau appelée l’hippocampe, ils ont également constaté des améliorations partielles.

Fait intéressant, même les faibles niveaux résiduels de HTT1a chez les souris HdhQ150ΔI étaient suffisants pour commencer à corriger cette caractéristique de la MH.

Biomarqueurs : un effet frappant

Le résultat le plus excitant de cette étude est peut-être venu des niveaux de biomarqueurs que les chercheurs ont examinés dans le plasma et le liquide céphalorachidien qui baigne le cerveau, également appelé LCR. L’équipe a mesuré la NfL, un biomarqueur général de la santé cérébrale, ainsi que la BRP39, l’équivalent murin d’un biomarqueur humain appelé YKL-40 qui correspond à l’inflammation.

Chez les souris HdhQ150 atteintes de la MH, les deux biomarqueurs étaient augmentés dans le LCR à 12 mois, indiquant que le système nerveux de ces souris était malade. Cependant, chez les souris HdhQ150ΔI, la NfL et la BRP39 sont restées aux niveaux des souris normales non atteintes de la MH à 12 et 17 mois dans le LCR, et étaient également réduites dans le plasma.

Fait intéressant, ce retour aux niveaux normaux des biomarqueurs du LCR s’est produit même si les changements de signature des commutateurs géniques n’ont été que partiellement restaurés. Parce que la NfL et la YKL-40 peuvent être utilisées dans les essais cliniques humains pour évaluer la santé cérébrale, cette découverte suggère que la réduction de la HTT1a pourrait modifier de manière significative la biologie de la MH.

Relier les points de l’expansion somatique → HTT1a → agrégation

L’expansion somatique des répétitions CAG est maintenant considérée par de nombreux chercheurs sur la MH comme un moteur de la MH. À mesure que les répétitions CAG s’étendent dans les neurones les plus affectés par la MH, les niveaux de HTT1a augmenteront. Les scientifiques de cette étude proposent un modèle où :

1. L’expansion somatique augmente la répétition CAG et la production de HTT1a.
2. L’augmentation de la HTT1a entraîne davantage d’agrégats toxiques dans ces cellules.
3. Les agrégats entraînent davantage de changements dans les commutateurs géniques.
4. Cela rend ensuite les cellules malades, entraînant des changements dans les niveaux de biomarqueurs.

Ils proposent que cela pourrait être ralenti ou arrêté en réduisant les niveaux de HTT1a pour interrompre ce processus.

Qu’est-ce que cela signifie pour les thérapies ?

Plusieurs approches de réduction de la HTT sont en développement ou en essais cliniques. Beaucoup ne réduisent que la forme pleine longueur de la HTT. Celles-ci incluent l’oligonucléotide antisens (ASO) tominersen de Roche, et les modulateurs d’épissage à petites molécules comme le votoplam et le SKY-0515 de Novartis et SkyHawk respectivement.

D’autres ciblent l’exon 1 et peuvent donc réduire les niveaux de HTT pleine longueur et de HTT1a, y compris la thérapie génique AMT-130 d’uniQure et l’ARNi ALN-HTT02 d’Alnylam Pharmaceuticals.

Cette étude suggère que la réduction de la seule forme pleine longueur de la HTT pourrait ne pas être aussi bénéfique et que la réduction de la HTT1a pourrait également être importante. Étant donné que la protéine HTT normale a des fonctions importantes dans les cellules, les stratégies qui ciblent spécifiquement la HTT1a pourraient être une approche plus sûre et plus efficace.

Mises en garde importantes

Cela dit, il y a quelques limites importantes à noter dans cette étude. Toutes ces données proviennent de souris qui modélisent la MH et ont une très longue répétition CAG (~195). Les souris sont un excellent modèle pour les scientifiques afin d’explorer ce genre d’idées, mais elles ne vivent pas aussi longtemps que les humains et la plupart des personnes atteintes de la MH ont en moyenne ~42 répétitions CAG, bien moins que dans ce système modèle.

Néanmoins, les données de cette étude seront certainement une source de nouvelles idées pour d’autres équipes à suivre. Reste à l’écoute de HDBuzz pour plus de recherches dans ce domaine.

Résumé

• Les chercheurs ont créé un modèle murin de la MH qui ne produisait pas autant du fragment HTT1a, considéré comme toxique dans la MH.
• En réduisant les niveaux du message HTT1a, les chercheurs ont observé des retards dans la formation d’agrégats protéiques toxiques produits par la HTT1a.
• Les gènes activés ou désactivés imitaient plus fidèlement les souris sans le gène de la MH chez ces souris spéciales déficientes en HTT1a, et de nombreux biomarqueurs clés sont revenus à des niveaux plus proches de la normale.
• Ces découvertes prouvent que la HTT1a n’est pas seulement un sous-produit de l’expansion de la MH, mais un moteur de la biologie de la MH.