Conférence thérapeutique annuelle CHDI - Deuxième session du 27 février 2024 Cibler le processus de réparation de l'ADN pour moduler l'instabilité somatique Mis en ligne le 27 mars 2024

La seconde session de la  conférence s’est concentrée sur les moyens  de combattre l’expansion de triplets CAG répétés. Cela se produit dans certaines cellules à mesure que les symptômes de la maladie de Huntington s’aggravent. Selon de nombreuses nouvelles preuves, l’allongement des répétitions CAG est un facteur important de la perte de cellules dans le striatum, entraînant l’apparition des symptômes plus tôt. Grâce aux dons de sang de milliers de personnes atteintes de la MH, les scientifiques ont été en mesure d’effectuer de vastes études génétiques (connues sous le nom de GWAS) afin de déterminer d’autres gènes affectant le début de la MH. Notamment, bon nombre de ces gènes sont impliqués dans la réparation de l’ADN.

La réparation de l’ADN est un processus au cours duquel des petits mécanismes moléculaires réparent les erreurs ou les modifications du code orthographique de l’ADN. Un de ces changements, dans le cadre de la maladie de Huntington, est l’augmentation des répétitions CAG. Certaines personnes possèdent des mécanismes de réparation de l’ADN doués pour détecter des erreurs alors que d’autres possèdent des mécanismes qui ne sont pas bons. Lorsque le mécanisme de réparation de l’ADN échoue, les répétitions CAG peuvent s’allonger dans certaines cellules au fil du temps.

De nombreux scientifiques pensent maintenant qu’en ciblant les gènes de réparation de l’ADN, il pourrait être possible de ralentir l’allongement des répétitions CAG dans les cellules cérébrales vulnérables, de finalement retarder l’apparition ou de ralentir l’aggravation des symptômes. De plus en plus de scientifiques et compagnies recherchent, confirment et testent désormais différents acteurs au sein du mécanisme de réparation de l’ADN afin de déterminer ce qui va mal lorsque les répétitions CAG sont plus longues et d’essayer d’empêcher cela.

De nombreux acronymes et noms de protéines seront utilisés dans le présent article, connus pour être impliqués dans le processus de réparation de l’ADN. Ces protéines agissent ensemble pour réparer l’ADN de différentes manières et peuvent mal  fonctionner dans le cadre de la maladie de Huntington. Les scientifiques développent des médicaments génétiques pour augmenter ou diminuer leurs taux et stopper l’expansion de triplets CAG répétés.

Maren Thomsen : la forme des mécanismes de réparation de l’ADN    

Le premier intervenant de l’après-midi était une biologiste structurale, Maren Thomsen de la compagnie Proteros Biostructures.
Elle étudie la forme d’une protéine appelée MutS, impliquée dans la réparation de l’ADN. A l’aide de microscopes spéciaux, ils peuvent voir exactement comment la protéine est organisée dans l’espace 3D, ce qui peut aider les scientifiques à comprendre son fonctionnement.

Idéalement, on aimerait arrêter l’activité de la protéine MutS et il existe différents moyens pour le faire. Maren utilise l’analogie de la tentative de stopper le mouvement d’une bicyclette : vous pourriez arrêter les pédales ou placer une barricade devant la bicyclette ou empêcher la roue de tourner. Connaître les détails de la structure de la protéine MutS permet de trouver différents moyens d’arrêter son activité.

Des microscopes permettent à Maren et à son équipe de déterminer précisément où se trouve chaque atome de la protéine et comment cela change à mesure que la protéine MutS accomplit son travail de glissement et de réparation de l’ADN. Avec cette haute résolution d’informations, ils peuvent créer un modèle très détaillé du fonctionnement de ce mécanisme moléculaire, lequel peut vraiment bouger, saisir et s’ouvrir autour de l’ADN, comme une pince ! Lorsque l’équipe de Maren apporte des modifications au mécanisme de la protéine MutS, cela change sa prise et son mouvement, et elle en apprend davantage sur les parties de la protéine qui se lient à d’autres acteurs dans le processus de réparation de l’ADN.

Maren étudie également une protéine appelé FAN1, avec ses « partenaires de danse ». La protéine FAN1 est également impliquée dans la réparation de l’ADN, et l’équipe de Maren a pu la visualiser selon de nouvelles manières ayant pour objectif de l’exploiter pour le développement de médicaments. Grâce à ces informations détaillées sur la façon dont toutes ces molécules fonctionnent ensemble, on peut commencer à comprendre pourquoi certaines mutations trouvées dans les études GWAS pourraient retarder ou accélérer l’apparition des symptômes de la MH.

Les techniques de biologie structurale éclairent la forme et le mouvement des molécules critiques afin que les chercheurs puissent mieux comprendre où et comment intervenir dans la biologie défectueuse de la maladie de Huntington et concevoir des médicaments ciblant précisément des protéines comme la protéine MutS.

Wei Yang : la protéine MutS et les longues répétitions CAG

Wei Yang, basé à l’Institut National de Santé, étudie également la protéine MutS. La machine moléculaire MutS agit sur tous les types de séquences répétitives d’ADN, pas seulement sur les répétitions CAG. L’équipe de Wei a travaillé pour déterminer exactement comment la protéine MutS se lie à ces lettres répétitives d’ADN en utilisant des approches de biologie structurale.

Une énigme intéressante : savoir pourquoi il existe un seuil de CAGs auquel les répétitions continuent de croître au fil du temps. Comprendre, cela nécessite des expériences approfondies portant sur le CAG répétitif de l’ADN et sur la manière dont il se lie à la protéine MutS. Wei et son équipe ont constaté que la protéine MutS préfère davantage se lier à de longues répétitions CAG, plutôt qu’à des courtes. En fait, si l’étirement de CAG est assez long, plusieurs molécules MutS se lieront au CAG de l’ADN.

Lorsqu’ils regardent les ADN CAG collés à la protéine MutS, ils voient que la protéine MutS déforme l’ADN CAG répétitif pour ressembler à celui non répétitif. Cela fonctionne comme un étau pour plier l’ADN dans cette forme différente. Sans surprise, cela requiert beaucoup d’énergie. Mais, qu’est-ce que tout cela signifie pour la maladie de Huntington ? Eh Bien, lorsque les CAGs se répètent suffisamment, comme c’est le cas chez les personnes atteintes de la MH, de plus en plus de molécules MutS se lient dessus. Wei pense que cela pourrait encourager involontairement l’expansion de triplets CAG répétés.

Les études de biologie structurale aident les chercheurs à confirmer les découvertes de personnes qui ont révélé l’importance de la réparation de l’ADN dans le cadre de la MH. Les scientifiques en apprennent davantage s’agissant des gènes et des mécanismes impliqués dans l’instabilité somatique et de quelle manière ceux-ci sont liés à l’apparition des symptômes. Armés de ce type de connaissances, les chasseurs de médicaments peuvent trouver des moyens d’empêcher la protéine MutS de commettre des erreurs qui allongent les répétions CAGs, avec l’objectif de ralentir ou de stopper la MH.

En fait, Wei et son équipe ont identifié un composé qui modifie la manière dont la protéine MutS se lie à l’ADN CAG. Bien que cette molécule ne soit pas probablement un médicament, elle pourrait constituer un point de départ pour des chasseurs de médicaments.

Sarah Trabizi : Explorer de la réparation de l’ADN dans les cellules humaines

Prochaine intervenante : la légendaire Sarah Trabizi, une physicienne et scientifique de l’University College London, impliquée dans de nombreuses recherches fondamentales et cliniques portant sur la maladie de Huntington. Sarah utilise la culture cellulaire pour tester davantage de gènes, identifiés comme importants dans le cadre de la réparation de l’ADN, et de l’expansion de triplets CAG répétés. Il existe de nombreuses protéines de réparation de l’ADN qui semblent être de bonnes cibles dans le cadre de thérapies.

Sarah et son équipe utilisent des techniques génétiques, telles que la technologie CRISPR, afin de diminuer les taux des protéines de réparation de l’ADN qui vont de travers dans le cadre de la MH. Ensuite, ils voient comment cela affecte les taux d’autres gènes pour déterminer les relations avec le mécanisme de réparation de l’ADN. Après modification des taux de différentes protéines de réparation de l’ADN, l’équipe de Sarah ont cherché à voir comment cela a affecté l’expansion des triplets CAG répétés. Ils ont ciblé des gènes appelés MSH2 et MSH3. Les diminuer (et d’autres) a réduit l'ampleur de l’expansion somatique.

Dans les cellules souches amenées à devenir des cellules cérébrales, diminuer un gène spécifique de réparation de l’ADN, appelé MLH1, a réduit l’expansion somatique de 78%. Sarah explore également d’autres cibles, en ce compris un gène appelé MSH3 qu’elle appelle une « cible thérapeutique idéale ». Ses travaux mettent en évidence deux protéines de réparation, appelées MLH1 et PMS1, en tant que cibles médicamenteuses potentiellement intéressantes. Travailler sur ces cibles, au-delà de la protéine complexe MutS pourrait s’avérer très utile afin d’augmenter les chances de trouver des médicaments efficaces.

Néanmoins, Sarah réitère que MSH3 est sa cible médicamenteuse préférée, car son élimination semble ralentir l’expansion des triplets CAG répétés. En outre, l’épuisement de cette protéine ne semble pas avoir trop d’effets secondaires néfastes, du moins dans des modèles MH. Le laboratoire de Sarah utilise des ASOs pour diminuer les taux de la protéine MSH3, le même type de médicaments que certaines compagnies (comme la compagnie Roche) utilisent pour diminuer la huntingtine. Lorsqu’ils diminuent les taux de la protéine MSH3, cela a ralenti l’expansion somatique. Lorsqu’ils ont complètement supprimé la protéine MSH3, les répétitions CAG devenaient plus petites. Cela n’a pas affecté d’autres protéines de réparation de l’ADN, ce qui est une nouvelle positive pour la découverte de médicaments MSH3.

Presque tout ce travail a été effectué dans des cellules nerveuses en culture créées à partir d’un échantillon de sang généreusement donné par un jeune patient avant qu’elles ne meurent, que Sarah a traité. Ces découvertes et beaucoup d’autres n’auraient pas été possibles dans le cadre de l’expansion somatique sans le dévouement des familles MH et leur volonté de participer à la recherche. L’équipe de Sarah poursuit ces travaux sur un modèle murin pour déterminer comment leurs médicaments ASOs MSH3 se comportent dans un système plus complexe.

Ricardo Mouro : Etudier les gènes de réparation de l’ADN en tant que cibles potentielles

Ricardo Mouro est basé au Massachusetts General Hospital & Harvard Medical School. Son équipe étudie également l’expansion somatique. Les patients présentant une instabilité accrue commencent à présenter très tôt des symptômes. Les gènes qui influencent le début d’apparition des symptômes sont connus sous le nom de modificateurs génétiques. Ricardo, et d’autres, testent la théorie selon laquelle la modification des taux de ces modificateurs peut retarder ou stopper l’apparition de la maladie de Huntington.

Ricardo utilise la technologie CRISPR pour modifier les taux de ces modificateurs chez des modèles murins MH. Il a dépisté 60 gènes différents chez les souris – c’est beaucoup de travail. Ce que tout ce travail a découvert est que les gènes de réparation de l’ADN ont un effet important sur la longueur des répétitions CAG. Cela confirme ce que beaucoup d’autres chercheurs dans ce domaine ont découvert. Chaque fois que les résultats sont répliqués dans divers laboratoires à travers le monde, cela renforce la confiance du domaine dans ces données.

Il s’est ensuite penché sur les cellules humaines en culture pour confirmer leurs propres données et celles des autres. Ils ont constaté que la diminution de la protéine MSH3 ralentissait l'ampleur de l'expansion et que la diminution de la protéine FAN1 l’augmentait. Ils ont également constaté que la réduction des taux de MLH3 et PMS1 stoppait les expansions. Ricardo vérifie également ces cibles modificatrices dans d’autres maladies. La maladie de Huntington n’est pas la seule maladie affectée par l’expansion somatique. Il examine donc les cibles qu’il a identifiées dans le cadre de maladie de Huntington chez des souris modélisant d’autres maladies, telles que l’ataxie de Friedreich.

Cibler la même protéine, impliquée dans plusieurs maladies, profite non seulement à un plus grand nombre de personnes mais pourrait accélérer le recrutement pour des essais et le développement de médicaments. Mais avant de prendre de l’avance, ces cibles doivent être davantage testées afin de s’assurer qu’elles ont les effets que l'on souhaite ! Il y a un point dont les chercheurs doivent avoir conscience : les gènes de réparation de l’ADN sont également impliqués dans le cancer. Ricardo en est conscient et choisit des cibles médicamenteuses potentielles présentant les risques les plus faibles de provoquer un cancer chez l’homme.

L’une des cibles à laquelle l’équipe de Ricardo s’est particulièrement intéressée est appelée MLH3. Ils ont réalisé des études détaillées pour voir exactement quelle partie du gène MLH3 est responsable de l’expansion somatique dans le cadre de la MH. Savoir exactement quelle partie du gène est responsable de l’influence sur la longueur CAG permet aux chercheurs de connaître l’emplacement qu’ils auraient besoin de cibler s’ils mettaient au point un médicament contre MLH3.

Ricardo a pu, à l’aide de techniques génétiques, mettre au point des cellules qui produisent une version de MLH3, laquelle exclut la partie du code qui entraîne l’expansion de répétitions CAG. Lorsqu’il a réalisé cela, il a été capable de supprimer les expansions de triplets CAG répétés. Il travaille maintenant pour utiliser la technologie CRISPR afin de modifier une seule lettre dans la séquence de MLH3. Il s’agit d’une approche précise qui empêchera MLH3 d’augmenter le nombre de CAG tout en laissant tranquille le reste des fonctions de MLH3.

Ceci est important car les protéines ont beaucoup de fonctions différentes dans les cellules. Cibler une seule fonction réduit les risques d’avoir des conséquences inattendues. Quelque chose de très importante pour la mise au point de médicament. Les prochaines étapes de Ricardo consistent à utiliser ses nouvelles approches CRISPR pour modifier MLH3 chez les souris et dans les cellules humaines en culture. Pour cela, celui-ci a récemment obtenu une subvention de 1.000.000 de dollars de la Fondation des maladies héréditaires !

Karen Usdin : l’expansion somatique dans les autres maladies

Karen Usdin, de l’Institut National de la Santé, a présenté les travaux de son équipe qui étudie l’expansion somatique dans différents types de maladies causées par des répétitions ADN, au-delà de la maladie de Huntington. Il existe de nombreuses maladies causées par des séquences ADN répétitives. L’équipe de Karen s’est principalement concentrée sur l’une de ces maladies appelée syndrome de l’X fragile, laquelle est causée par une séquence CGG répétitive. Toutefois, elle a commencé également à se concentrer sur la maladie de Huntington. 

Le syndrome de l’X fragile a également une expansion somatique contrôlée par des gènes de réparation de l’ADN. Karen a utilisé des souris modélisant ce syndrome afin d’identifier quels gènes de réparation de l’ADN sont importants pour ce processus dans cette maladie. Elle s’est concentrée sur des parties du mécanisme de réparation de l’ADN appelées complexes MutL.

Son laboratoire a éliminé une pièce du complexe MutL, appelé PMS2. La diminution des taux de PMS2 a stoppé les expansions de répétitions dans des cellules humaines et chez des souris atteintes d’autres maladies génétiques. Karen a constaté des résultats similaires avec une autre partie du complexe MutL, appelée PMS1. La diminution des taux de PMS1 a réduit les expansions dans le cadre du syndrome de l’X fragile. Combiné avec des données d’autres maladies, cela suggère que PMS1 jour un rôle dans l’expansion dans le cadre de maladies à répétitions.

Karen passe maintenant aux bonnes choses : ses travaux dans le cadre de la maladie de Huntington ! Elle a mis au point un modèle murin ayant à la fois la MH et le syndrome de l’X fragile. Avec cette souris, elle a été en mesure d’observer l’expansion de répétitions dans ces deux gènes en même temps. Elle souhaitait savoir si l’expansion d’un gène affecte l’expansion d’un autre gène. En termes simples : non. Les expansions du gène MH n’influencent pas le gène impliqué dans le syndrome de l’X fragile et vice versa.

Karen suggère que les expansions dépendent de l’équilibre entre différents types de mécanismes de réparation de l’ADN au sein de différentes cellules. 

Compagnie Rgenta Therapeutics : médicaments par voie orale ciblant la réparation de l’ADN.    

Le dernier intervenant de la journée est Travis Wager de la compagnie Rgenta Therapeutics qui a parlé des médicaments que son équipe développe, pouvant être administrés par voie orale afin de cibler le modificateur PMS1, avec pour objectif de ralentir l’expansion somatique dans des essais cliniques sur l’homme.

La compagnie Rgenta a passé ces quatre dernières années à réfléchir à la façon dont ils pourraient s’attaquer à des cibles considérées traditionnellement comme « indomptables ». D’autres ont essayé dans le passé de cibler, sans succès, des gènes contrôlant l’expansion somatique, tels que PMS1 et MSH3. Les médicaments de la compagnie Rgenta agissent comme des colles créant un lien plus fort entre les messages ARN pathogènes et les protéines qui s’y lient afin de modifier la façon dont les protéines sont produites ou de se débarrasser d’un message ou d’une protéine défectueux.

Travis a souligné les différentes maladies qu’ils tentent de cibler avec leurs médicaments contre les gènes qui contrôlent l’expansion somatique. Cela inclut la maladie de Huntington, la dystrophie myotonique, le syndrome de l’X fragile et l’ataxie de Friedreich : toutes des maladies à expansion de répétitions. L’intérêt de la compagnie Rgenta pour la maladie de Huntington est motivé par la disponibilité d’énormes quantités de données provenant à la fois des humains et des animaux, témoignage de la collaboration et du dévouement des scientifiques et des familles MH. Le domaine de la MH attire de nombreuses compagnies pour cette raison.

La compagnie Rgenta a ciblé PMS1 car les taux élevés de PMS1 chez l’homme sont associés à l’apparition des premiers symptômes MH. Grace aux souris, ils ont montré que la modification des taux de PMS1 semble sans danger et n’est pas associé au cancer. La compagnie a testé des milliers de substances chimiques différentes connues pour modifier les taux d’ARN, évalué ensuite quelles étaient les plus efficaces pour modifier les taux de PMS1, leur cible.

Leur molécule médicamenteuse, ciblant PMS1, est ce que l’on appelle un « modulateur d’épissage », agissant en modifiant la molécule de message PMS1, ce qui entraîne une diminution des taux de la protéine PMS1. Ils ont montré que leur médicament agit sur de nombreux modèles cellulaires et animaux différents. Ils ont ensuite testé leur médicament ciblant PMS1 sur des cellules MH en culture. En théorie, la diminution de la protéine PMS1 devrait réduire l’expansion somatique. Et c’est exactement ce qu’ils ont découvert ! La diminution de la protéine PMS1 d’environ 90% a essentiellement stoppé l’expansion somatique.

Le composé de la compagnie Rgenta semble également cibler uniquement les taux de la protéine PMS1 sans affecter d’autres protéines. Ils ont également partagé des données suggérant que le composé agit bien chez des modèles animaux et effectue du bon travail pour pénétrer le cerveau. La compagnie Rgenta ne dispose, pour le moment, que de données montrant que la diminution de PMS1 réduit les expansions somatiques sur des cellules en culture. Mais, ils avancent avec cette approche, prévoyant de tester leur médicament sur d’autres modèles de la MH. Cependant, il s’agit d’une nouvelle passionnante car cela signifie qu’il existe un autre médicament prometteur en préparation qui pourrait un jour arriver en clinique si les études sur les animaux continuent de s’avérer bonnes.

Traduction Libre (Dominique C . - Michelle D.)

Source :   - Article des Dr. Rachel Harding - Dr Sarah Hernandez et Dr. Léora Fox du 5 mars 2024