Arrêter la boule de neige génétique : Comment une simple interruption génétique ralentit la maladie de Huntington

Si le changement génétique qui cause la maladie de Huntington (MH) entraîne plusieurs problèmes pour les cellules, les chercheurs pensent qu’ils pourraient tous découler d’un problème central : la longueur de ce changement génétique augmente avec le temps, comme une boule de neige qui grossit en dévalant une pente. Ce phénomène génétique, appelé instabilité somatique ou expansion somatique, semble être un moteur clé de la progression de la maladie. Dans une étude récente, des scientifiques ont mis au point une nouvelle variante de CRISPR, un puissant outil d’édition génétique, pour interrompre cette expansion génétique, ouvrant potentiellement la voie à de nouvelles pistes thérapeutiques.

Une boule de neige génétique

La MH est causée par une modification d’un gène appelé HTT, plus précisément là où les lettres génétiques C-A-G se répètent plusieurs fois. Chez les personnes atteintes de MH, cette section CAG est plus longue que la normale, déclenchant une réaction en chaîne mortelle à l’intérieur des cellules du cerveau. Contrairement à la plupart des mutations, qui restent identiques tout au long de la vie, les répétitions CAG dans HTT s’allongent avec l’âge, comme une boule de neige qui prend de la vitesse en dévalant une pente.

À la naissance, la plupart des personnes atteintes de MH ont environ 40 à 50 répétitions CAG dans leur gène HTT. Avec le temps, ce nombre augmente de façon exponentielle à l’intérieur des cellules, dépassant parfois 500 répétitions au moment où les symptômes apparaissent ! Si la répétition initiale dépasse un seuil critique (36 répétitions), l’expansion se transforme au fil du temps en une sorte de boule de neige génétique et commence à croître de manière incontrôlable.

Mais la MH n’est pas seule : elle appartient à une catégorie plus large de maladies appelées troubles à répétitions trinucléotidiques — un terme savant pour désigner 3 (tri) lettres génétiques (nucléotides) qui se répètent (répétitions — bon, celui-là était évident…). Ces troubles partagent tous un problème similaire de mutations qui « font boule de neige ». Un exemple est l’ataxie de Friedreich, due à une répétition CTG qui s’allonge et s’aggrave elle aussi avec le temps.

Le fait que plusieurs maladies du cerveau soient causées par une répétition trinucléotidique qui s’allonge soulève une question clé : pourquoi des séquences trinucléotidiques en expansion sont-elles si toxiques pour les cellules du cerveau ? Normalement, des gènes comme HTT servent à produire de l’ARN messager, aussi appelé ARNm, une copie temporaire de l’ADN utilisée pour fabriquer des protéines, les machines de la cellule. Mais de longues répétitions trinucléotidiques font se tordre l’ARN en nœuds très emmêlés et stables, qui bouchent la machinerie cellulaire de fabrication des protéines. À mesure que ces ARN emmêlés s’allongent et deviennent plus abondants, ils perturbent de plus en plus la production de protéines, contribuant finalement à la mort cellulaire.

Interrompre l’instabilité

Et s’il existait un moyen de casser cet effet boule de neige avant qu’il ne devienne incontrôlable ? Des scientifiques de l’université Harvard, dirigés par le Dr David Liu, ont émis l’hypothèse qu’ils pourraient interrompre la séquence CAG répétée en remplaçant simplement l’un des CAG par une séquence CAA similaire, mais inoffensive.

En interrompant les CAG répétés, même avec une séquence CAA similaire, la voie sous-jacente qui conduit les CAG à s’allonger avec l’âge pourrait être bloquée ! Autrement dit, insérer une séquence CAA, c’est comme placer une zone de rochers sur la pente : la boule de neige s’y fracasse et perd son élan !

Liu et son équipe se sont appuyés sur des travaux antérieurs montrant que les interruptions CAA semblent retarder l’apparition de la maladie. En général, le nombre de répétitions CAG prédit fortement quand une personne développera la MH, mais des études génétiques ont identifié des personnes ayant de longues répétitions, tout en présentant un âge d’apparition plus tardif.

En y regardant de plus près, on a découvert que ces exceptions génétiques contenaient de courtes interruptions CAA au sein de leur segment CAG. Fait remarquable, ces simples interruptions étaient associées à un retard de 12 ans de l’apparition de la maladie ! Forts de ces observations, Liu et son équipe se sont demandé s’ils pouvaient insérer intentionnellement des séquences CAA dans des cellules portant le gène de la MH, et si cela pouvait reproduire l’effet protecteur.

CRISPR fissure la boule de neige

Des modifications génétiques de précision, comme remplacer un CAG par un CAA, sont simples en théorie, mais extrêmement difficiles en pratique. Liu et son équipe se sont tournés vers CRISPR, un outil d’édition génétique qui agit comme des ciseaux moléculaires pour modifier des séquences d’ADN spécifiques. Ils ont développé un type particulier de CRISPR, appelé édition de bases, qui repère les répétitions CAG et en remplace certaines par des CAA.

En utilisant des cellules humaines cultivées dans des boîtes de Petri, ils ont constaté que leur stratégie d’édition de bases par CRISPR modifiait avec succès la répétition CAG de HTT dans environ 80 % des cellules, sans signe de toxicité. Plus prometteur encore, ces simples interruptions CAA semblaient arrêter les expansions des répétitions CAG après 30 jours. Ils ont même remarqué que les cellules éditées par CRISPR semblaient croître plus vite et paraître en meilleure santé !

Comme ce type de CRISPR cible toutes les répétitions CAG (pas seulement celle de HTT) et y introduit aussi des interruptions CAA, il fallait vérifier que d’autres gènes n’étaient pas perturbés par accident. Au total, ils ont trouvé environ 250 autres gènes modifiés par CRISPR, probablement parce qu’ils contenaient des répétitions CAG similaires. Cependant, seuls environ 50 d’entre eux sont actifs dans les cellules du cerveau, et un seul semblait être perturbé de manière significative. Même si ce résultat n’exclut pas tout risque, il suggère que des modifications non intentionnelles ont peu de chances de provoquer des problèmes graves. Quoi qu’il en soit, réduire au minimum les modifications accidentelles sera une priorité absolue pour la suite !

Interrompre les CAG avec CRISPR

Vient maintenant le grand défi : l’équipe peut-elle faire entrer la machinerie CRISPR dans les cellules d’un cerveau vivant et éditer avec succès les séquences CAG ? L’équipe de Liu a utilisé un modèle murin de MH portant 110 répétitions CAG dans son gène HTT, et cette répétition s’allonge rapidement à mesure que les souris vieillissent (instabilité des répétitions). Pour acheminer CRISPR au cerveau, l’équipe a emballé CRISPR dans un virus inoffensif, qui agit comme un service de livraison de gènes, injectant directement les outils d’édition génétique dans les cellules.

Quatre semaines après l’injection des virus chargés de CRISPR chez les souris, les chercheurs ont constaté qu’environ 30 % des cellules semblaient avoir capté l’outil d’édition génétique. Parmi ces 30 % de cellules contenant CRISPR, environ 75 % semblaient présenter au moins une interruption CAA dans leur gène HTT. Cela signifie qu’environ 1 cellule cérébrale sur 5 a bien reçu le changement génétique protecteur — pas parfait, mais un début prometteur ! Douze semaines plus tard, les chercheurs ont examiné la longueur des répétitions CAG et ont constaté que l’expansion semblait non seulement s’arrêter, mais que certaines répétitions CAG avaient peut-être même raccourci !

Pour vérifier si leur approche fonctionnait au-delà de la MH, les chercheurs ont répété leurs expériences dans des modèles cellulaires et murins de l’ataxie de Friedreich, un autre trouble d’expansion de répétitions. De façon enthousiasmante, ils ont observé des résultats similaires : jusqu’à 55 % des cellules cérébrales semblaient contenir des interruptions de répétitions, et les répétitions paraissaient stables dans le temps, sans signe d’expansion avec l’âge.

CRISPR va-t-il briser la glace ?

Pris ensemble, ces résultats semblent montrer que l’expansion des répétitions « en boule de neige » dans HTT peut être stoppée, et que cette approche pourrait même s’appliquer à d’autres troubles à répétitions. Cependant, il y a quelques raisons d’être prudent. Cette étude s’est concentrée sur la capacité de CRISPR à insérer des interruptions CAA et à arrêter la croissance des répétitions, mais elle n’a pas évalué si cette intervention améliore les symptômes ou retarde la maladie. Connaître l’impact de ce type d’approche thérapeutique sur les signes et symptômes de la MH est essentiel pour déterminer s’il faut aller plus loin.

De plus, réduire les modifications non intentionnelles de gènes autres que HTT sera crucial avant de passer à des essais chez l’humain. Un autre problème est l’administration : les cerveaux humains sont bien plus grands que ceux des souris, et faire entrer CRISPR dans suffisamment de cellules cérébrales pour faire une différence sera particulièrement difficile.

Malgré ces limites actuelles, ces résultats représentent une avancée majeure. Avec des progrès dans la précision de l’édition génétique et des méthodes d’administration plus efficaces, CRISPR a de fortes chances de devenir un outil puissant dans la lutte contre la MH et d’autres maladies à répétitions trinucléotidiques.

TL;DR : les points clés

• Le problème : la MH est causée par une mutation du gène HTT, où les répétitions CAG s’allongent avec le temps, un processus appelé expansion somatique. Cette « boule de neige génétique » semble aggraver le fonctionnement des cellules du cerveau et alimenter la progression de la maladie.
• L’idée : même une petite interruption dans la séquence répétée, comme remplacer un CAG par un CAA similaire et inoffensif, pourrait ralentir ou arrêter l’expansion et retarder l’apparition des symptômes.
• La percée : des scientifiques ont utilisé un outil CRISPR amélioré (appelé édition de bases) pour insérer ces interruptions CAA potentiellement protectrices dans le gène HTT.
• Au labo : dans des cellules humaines, l’édition de bases par CRISPR a fonctionné dans ~80 % des cellules, semblant arrêter l’expansion et améliorer la santé cellulaire.
• Chez la souris : après l’administration de CRISPR par injection virale, environ 20 % des cellules cérébrales présentaient des changements protecteurs et les répétitions CAG semblaient cesser de s’allonger.
• Bonus : un succès similaire a été observé dans des modèles murins d’un autre trouble à répétitions, l’ataxie de Friedreich.
• Le hic : il faut encore :
  • Prouver une amélioration des symptômes
  • Réduire au minimum les effets non intentionnels
  • Adapter l’administration au cerveau humain, beaucoup plus grand
• Pourquoi c’est important : ce travail montre que CRISPR pourrait être utilisé pour interrompre des expansions de répétitions dans du tissu cérébral vivant, offrant un réel espoir de traiter la MH et des troubles génétiques similaires.

En savoir plus

Article de recherche original, « L’édition de bases des répétitions trinucléotidiques responsables de la maladie de Huntington et de l’ataxie de Friedreich réduit les expansions somatiques des répétitions dans des cellules de patients et chez la souris » (accès libre).