Traitement anti-VIH : montrer du doigt de zinc

5. octobre 2012
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Les nucléases à doigt de zinc sont des protéines fabriquées artificiellement, capables de détecter des segments d’ADN déterminés et de les couper. Le transport à travers la membrane cellulaire de ces outils moléculaires de coupe de précision a réussi pour la première fois sans utiliser de vecteur viral potentiellement dangereux.

Auparavant, on supposait que les nucléases à doigt de zinc (ZFN) ne pouvaient pas passer les membranes cellulaires. Ainsi, ces outils moléculaires de coupe de précision utilisés à des fins de thérapie génique n’étaient jusque-là introduits qu’à l’aide de vecteurs viraux dans les cellules. Une fois sur place, les gènes ZFN inclus dans les vecteurs viraux produisent de nombreuses protéines ZFN qui deviennent actives dans l’ADN cellulaire. Le principe est simple : le domaine en doigt de zinc se lie à l’ADN, le domaine nucléase le coupe – mais pas n’importe où. Comme des missiles qui cherchent la chaleur, les nucléases à doigt de zinc sont construites de telle sorte qu’elles peuvent identifier des segments d’ADN précis prédéterminés et les couper. Cela a lieu grâce à une sorte de séquence de navigation, un petit morceau d’ADN, qui adhère à des sites spécifiques dans le génome – et seulement à ceux-ci. La spécificité de liaison de cette zone peut être modifiée en laboratoire et adaptée aux destinations sélectionnées. Cela permet aux scientifiques de manipuler de manière ciblée presque n’importe quel site dans le génome.

La thérapie génique peut être dangereuse

Cela semble facile au premier abord, mais cette méthode est associée à certains risques. L’un des dangers de cette approche de thérapie génique est que l’ADN viral – même si ce n’est pas un rétrovirus – s’intègre au hasard dans l’ADN cellulaire et peut provoquer, en fonction du site d’intégration, des dommages plus ou moins graves dans l’organisme. Un autre risque d’un tel procédé de transport des ZFN est la surproduction de molécules ZFN par le virus vecteur, ce qui conduit à un grand nombre de coupure de segments d’ADN non ciblés. Ainsi, par exemple, si un gène suppresseur de tumeur est atteint, un cancer peut se déclarer.

ZFN : meilleure nue

Le Dr Carlos Barbas chercha alors avec son collègue un vecteur plus sûr pour ces enzymes de restriction artificielles – si possible sans l’implication de virus et autres matériels génétiques. Le chimiste de l’Institut de recherche américain Scripps avait inventé, au début des années 1990, la technologie des ZFN séquence-spécifiques. Le groupe de travail autour de Barbas essaya d’abord d’utiliser des protéines ZNF qui possédaient des segments protéiques supplémentaires. Cela devait faciliter le passage à travers les membranes cellulaires. Cependant, il était difficile d’obtenir des quantités suffisantes de ces protéines. Les scientifiques revinrent alors aux ZFN « nues ». « Nous avons essayé de travailler avec des ZFN non modifiées, et on a maintenant le résultat attendu : elles sont faciles à produire et pénètrent très efficacement dans les cellules », selon le Dr Barbas, commentant son approche sur le site internet de l’Institut. Les scientifiques mirent tout simplement les protéines ZFN directement sur des cellules humaines dans une boîte de Pétri et un peu plus tard ils montrèrent comment les enzymes de restriction artificielles pouvaient travailler efficacement dans les cellules, de manière précise et avec un minimum de dommages collatéraux. « Ce travail supprime le principal obstacle à l’utilisation efficace des protéines ZFN comme outil de thérapie génique pour l’être humain », déclara Michael R. Reddy de l’US Food and Drug Administration, qui a co-financé le projet, sur l’importance de la découverte du Dr Barbas.

Le traitement du VIH avec ZFN

Les scientifiques avec le Dr Barbas montrèrent quelle application pratique pouvait avoir cette découverte au cours d’une expérience avec des cellules T de patients infectés par le VIH. Le virus provoquant le SIDA infecte les lymphocytes T, généralement grâce à un récepteur de surface de ces cellules appelé CCR5. Les cellules T sans ce récepteur sont très résistantes à l’infection par le VIH. En 2006, on observa exactement cet effet sur un patient séropositif qui avait été traité par des cellules souches contre une leucémie à Berlin. Le greffon de moelle osseuse contenait des cellules du donneur avec une variante du gène CCR5, dans lequel le récepteur CCR5 n’était exprimé que sous une forme fortement réduite sur les cellules T. Peu de temps après la greffe de moelle osseuse, le patient perdit tous les signes de l’infection au VIH. Cet effet peut également se produire, si cela est possible, en détruisant le gène CCR5 dans les cellules T grâce à une thérapie ciblée par ZFN, suggérèrent le Dr Barbas et ses collègues. « Notre idée était de protéger du VIH certaines cellules T d’un patient afin que le système immunitaire reste assez fort pour vaincre l’infection », déclara le Dr Barbas.

Actuellement, des essais cliniques de thérapie génique au cours de laquelle les ZFN détruisent le gène CCR5 dans les cellules T sont déjà en cours. Barbas et ses collègues pourraient peut-être obtenir le même effet dans les cellules T avec des effets secondaires beaucoup moins importants que leurs collègues qui effectuent des approches de thérapie génique utilisant des vecteurs viraux. Dans leurs essais, ils appliquèrent juste des protéines ZFN directement sur des cellules T humaines en culture et mesurèrent après quelques heures une forte réduction de l’activité du gène CCR5. Mais ce n’est pas assez. Le groupe de recherche dirigé par le Dr Barbas bricola et put, grâce à une méthode de refroidissement spécial qui facilite le passage des protéines ZFN à travers les membranes cellulaires, inactiver le gène CCR5 de manière aussi efficace qu’avec la thérapie génique. La nouvelle approche semble aussi être plus sûre que la thérapie génique : au cours de tests comparatifs avec les méthodes basées sur l’ADN ou les virus, les cellules produisirent pendant la même période tant de ZFN en excès, que les cellules firent face à des dommages importants créés par des coupures non-spécifiques de l’ADN. À l’opposé, les ZFN nues directement infiltrées étaient actives seulement pendant quelques heures dans les cellules, ce qui laisse très peu d’ADN coupé de manière non-spécifique. « Pour beaucoup de séquences non-cibles, sur lesquelles l’approche de thérapie génique laisse souvent des dommages, nous n’avons vu avec notre technique absolument aucun effet indésirable », déclara le Dr Barbas.

Usines cellulaires thérapeutiques

L’équipe de recherche examina sa nouvelle méthode d’introduction des ZFN dans de nombreux autres types cellulaires, et constata que cela fonctionne le plus efficacement dans les fibroblastes de peau humains. Les scientifiques travaillent actuellement sur des thérapies complémentaires, dans lesquelles ils prélèvent à des patients de tels fibroblastes, et reprogramment l’expression des gènes de ces cellules afin de devenir des cellules souches. Les cellules souches pourraient alors être modifiées par les ZFN en fonction des besoins des patients. Réintégrées dans l’organisme du patient, ces cellules peuvent produire sur une longue durée des millions de cellules thérapeutiques.

« Avec cette technologie, de nombreuses maladies pourraient un jour être traitées », spéculent les auteurs de la publication parue en juillet dans Nature Methods. Le Dr Barbas veut maintenant s’attaquer à la création de petits sites de production de cellules T résistantes au VIH, grâce à l’élaboration d’une thérapie basée sur les ZFN dans les cellules souches hématopoïétiques.

Barbas explique le grand potentiel de sa découverte ainsi : « Même un petit nombre de cellules souches résistantes au VIH peut remplacer la population totale des cellules T d’un patient sensible au VIH. »

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1 commentaire:

Bien à savoir ce rêve de chercheur. L¿espoir est encore permis pour tous quant à la thérapie des pathologies humaines par l¿approche des nucléases en doigt de zinc (ZFN). Le grand indice de sécurité des ZFN reste la spécificité de liaison aux séquences de restriction. Inchallah, ils sauront l¿améliorée.

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