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Quelles sont les étapes de la thérapie génique ?

par Space opera, le 18/12/2017 à 23:47 - 1790 visites

Bonjour,

J'aimerais savoir quelles sont les étapes de la thérapie génique et quel est le matériel nécessaire à sa réalisation. Merci.

Réponse du Guichet du savoir

par bml_san, le 20/12/2017 à 10:54

Réponse de Cap’Culture Santé :

Bonjour,


Rappelons tout d’abord une définition de la thérapie génique : « La thérapie génique utilise des acides nucléiques (ADN ou ARN) pour soigner ou prévenir des maladies. Selon la pathologie, cet objectif peut être atteint en délivrant aux cellules un gène fonctionnel qui remplace le gène défectueux à l’origine de la maladie (transgène), un gène à action thérapeutique, ou encore de l’ARN capable de réguler ou bloquer partiellement l’expression d’un gène altéré. Ces acides nucléiques sont le plus souvent transportés dans les cellules du patient grâce à un vecteur viral modifié qui sert à apporter un gène thérapeutique aux cellules., mais ils peuvent également être injectés directement dans les cellules, sous forme d’ADN nu. »

Les étapes de la thérapie génique en image avec l'Inserm et le CNRS

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En résumé :

La thérapie génique peut prendre prendre deux formes :

In vivo : injection directe, soit en intraveineuse, intramusculaire, intrapéritonéale… d’un de ces 3 éléments préalablement modifié et porteur du vecteur thérapeutique :
- Solution d’ADN nu
- Liposomes
- Vecteur viral

Ex vivo : greffes de cellules génétiquement modifiées
Prélèvement de cellules de l’organe malade. Ensuite, infection de ces cellules par un rétrovirus contenant le gène à transférer. Enfin, on réintroduit les cellules modifiées chez le patient.

1/ Décodage génétique de la maladie à atteindre

Les protocoles de thérapie génique varient en fonction des indications et des objectifs thérapeutiques à atteindre. Cependant, ils consistent toujours à modifier génétiquement les cellules du patients, ex vivo ou in vivo, de façon pérenne ou transitoire.

2/ Trouver les bons vecteurs

Le transfert de gène peut se faire au moyen de vecteurs viraux ou non viraux. La difficulté majeure dans le transfert de gène est d'obtenir une efficacité satisfaisante.

Pour que la thérapie fonctionne, il faut trouver les bons vecteurs. En effet, les gènes qui posent problème sont dans une séquence d’ADN, et cette séquence est une quantité d’information qui est très bien protégée au cœur d’une cellule. La thérapie génique se heurte donc à deux défis : modifier le « message » qui peut être utilisé différemment d’une séquence ADN à l’autre, et trouver comment l’insérer dans la cellule sans déclencher les attaques du système immunitaire. Deux vecteurs sont principalement utilisés : les virus et les liposomes (ce sont des membranes cellulaires que l’on charge de matériel génétique). Des recherches sur l’injection d’ADN ou ARN « nu » sans vecteur sont aussi à l’étude.

3/ Vecteurs viraux

En ce qui concerne les virus, on distingue ceux qui intègrent directement leur charge ADN modifiée directement dans le génome de l’hôte et ceux qui introduisent leur matériel génétique dans le noyau de la cellule sans s’intégrer à l’ADN, en restant indépendants (on les appelle des épisomes).

4 types de virus sont actuellement utilisés : oncorétrovirus, leslentivirus, les adénovirus et les virus adéno-associés.

Parmi les vecteurs viraux intégratifs, les rétrovirus ont été beaucoup utilisés dans les années 2000, mais le recours à cette famille de vecteurs viraux décline peu à peu car ils s’insèrent de manière trop aléatoire dans l’ADN hôte en créant des dysfonctionnements.

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Pour palier ce risque d’insertion aléatoire, les chercheurs utilisent maintenant des lentivirus. Les lentivirus pénètrent bien dans des cellules qui ne se divisent pas comme les neurones ou les cellules hépatiques (alors que les rétrovirus s’y insèrent mal). Ces virus sont dérivés de virus humains comme le VIH, mais ils sont modifiés de manière à être inoffensifs.

Quand il s’agit de faire pénétrer un transgène dans des cellules qui ne se divisent pas, les vecteurs non intégratifs sont privilégiés car ils sont considérés comme plus sûrs. Avec ces vecteurs, le transgène reste dans la cellule de l’hôte, mais sans s’insérer dans son génome. Il s’exprime pendant la durée de vie de la cellule et disparaît avec la mort de celle-ci.

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Les adénovirus ont été très utilisés dans le passé mais leur usage tend à diminuer, notamment pour le traitement des maladies monogéniques. Ils restent cependant des vecteurs de choix en immunothérapie qui consiste à administrer des substances qui vont stimuler les défenses immunitaires de l’organisme, ou qui utilise des protéines produites par les cellules du système immunitaire. Ils peuvent transporter de plus grandes séquences d’ADN que les virus intégratifs, même si la taille maximale des transgènes transportés reste parfois inférieure à celle de gènes humains. Ce type de vecteurs présente plusieurs avantages : il pénètre bien dans les cellules qui ne sont pas en division et il est associé à un niveau élevé d’expression du gène vectorisé.

Les vecteurs dérivés de virus adéno-associés (ou AAV) permettent le transfert de petites séquences génétiques (seulement 4 kilobases contre 13 kilobases avec les lentivirus). Ils sont intéressants car peu inflammatoires.

4/ Vecteurs non viraux

En parallèle, la mise au point de vecteurs non viraux se poursuit afin de répondre à deux problématiques : une meilleure sécurité des vecteurs et le transport de grandes quantités d’ADN. A ce titre, près de 20 % des essais de thérapie génique se fondent sur l’injection directe d’ADN nu modifié et protégé des enzymes cellulaires (nucléases) grâce à des modifications chimiques. Une autre stratégie est la lipofection : le gène thérapeutique est associé à des lipides cationiques qui favorisent son entrée dans la cellule hôte.

Ainsi, dans le cas d’une maladie monogénique qui affecte les cellules sanguines, des cellules souches hématopoïétiques (cellules à l’origine de l’ensemble des cellules sanguines) sont prélevées chez le patient lors d’une procédure qui s’apparente à une simple prise de sang. Ces cellules sont ensuite modifiées ex vivo : un vecteur est utilisé pour leur délivrer un transgène thérapeutique, puis elles sont placées en culture pendant quelques jours. Lorsque les cellules ainsi traitées commencent à exprimer le gène thérapeutique, elles sont finalement réinjectées au patient par perfusion veineuse. Les cellules modifiées vont alors proliférer dans l’organisme du patient et, à priori, contribuer à le soigner. L’avantage de cette approche est de modifier une population de cellules bien précise, sans risque de voir le vecteur pénétrer dans des organes non ciblés.

Cependant, il n’est pas toujours possible de prélever les cellules à corriger : cette stratégie ne peut être utilisée lorsqu’il s’agit de modifier des cellules cardiaques ou encore des neurones. Des protocoles prévoient alors l’injection du vecteur contenant le transgène directement dans les organes cibles, in vivo.

Dans 2 % des essais de thérapie génique, la technique utilisée s’apparente à une chirurgie du gène : on parle de "saut d’exon". Cette approche consiste à amener la cellule à produire une version de la protéine déficiente chez le patient plus courte que la protéine normale mais fonctionnelle, en "sautant" la partie du gène qui porte la mutation à l’origine de la maladie.

Une autre approche, consistant à réparer le gène altéré directement au cœur de la cellule, est séduisante par sa précision. Elle éviterait certains effets indésirables associés au transfert d’un transgène. En pratique, cette stratégie s’appuie sur l’utilisation d’enzymes appelées "nucléases", capables de repérer des séquences particulières de l’ADN de part et d’autre de la mutation à réparer et de couper le chromosome à cet endroit précis. La machinerie cellulaire se met alors en marche pour réparer son ADN. Si une copie "saine" du gène à restaurer est alors délivrée dans la cellule, elle va servir de matrice de réparation, permettant ainsi la reconstitution d’un gène complet et fonctionnel.

Tiré du dossier très complet de l'Inserm sur la Thérapie génique

5/ Exemple d’une thérapie génique dans le traitement d’un jeune homme atteint de B-thalassémie

[B-thalassémie : maladie héréditaire qui affecte le gène produisant une protéine qui participe, dans les globules rouges, au transport de l’oxygène de l’organisme.]

Préparation du vecteur thérapeutique :
1-suppression des gènes dangereux d’un virus pour le rendre inoffensif
2- intégration dans son génome de la bonne version du gène initialement défectueux avec ses éléments régulateurs, dit gène correcteur
3-obtention d’un vecteur thérapeutique qui permettra d’introduire le gène correcteur dans les cellules souches du sang

Correction des cellules
4-prélèvement de moelle osseuse dans les os du bassin du patient
5-extraction des cellules souches du sang et mise en contact avec le vecteur thérapeutique
6-pénétration du vecteur dans le noyau des cellules souches
7-intégration du gène correcteur dans le génome des cellules souches, ainsi corrigées

Traitement
8-chimiothérapie, pour éliminer les cellules souches contenant le gène défectueux, puis injection sanguine des cellules souches corrigées, pendant quelques heures, pour qu’elles s’installent dans la moelle osseuse du patient
Suivi thérapeutique : 3 ans après ce traitement, le patient, aujourd’hui âgé de 22 ans, n’a plus besoin des transfusions sanguines mensuelles depuis 2 ans. Mais les médecins vérifient régulièrement l’innocuité de cette thérapie ainsi que la persistance de son effet thérapeutique.

6/ Explication vidéo : La thérapie génique expliquée en vidéo par des chercheurs sur le site du Téléthon


7/ Conseil de lecture : N'étant pas généticiens, nous nous sommes aussi appuyés sur cet ouvrage récent : La génétique pour les nuls, pour vous répondre.


Cordialement,

L’équipe Cap’Culture Santé.
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