Les nouvelles approches thérapeutiques pour les maladies génétiques Martin Krahn

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1 Les nouvelles approches thérapeutiques pour les maladies génétiques Martin Krahn Département de Génétique Médicale Hôpital Timone Enfants INSERM UMR Faculté de Médecine Aix Marseille Université Marseille

2 Les nouvelles approches thérapeutiques pour les maladies génétiques Problématique: Progression rapide dans la connaissance des mécanismes physiopathologiques - identification des gènes - études fonctionnelles des protéines mais peu de ressources thérapeutiques Nécessité de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques Obstacles particuliers: - «la traversée du désert» entre preuve de principe et essai clinique - faible nombre de patients pour les essais cliniques - faible intérêt de l industrie pharmaceutique Statut de «médicament orphelin» crée au niveau européen

3 Les stratégies thérapeutiques pour les maladies génétiques SYMPTOMATIQUES Correction des conséquences phénotypiques ETIOLOGIQUES Pharmacologiques Thérapie cellulaire Utilisation de cellules souches adultes et embryonnaires (?) Thérapie génique Action au niveau du génome «Biothérapies» Nouvelles approches prometteuses Premiers succès cliniques mais aussi premières complications

4 Les nouvelles approches thérapeutiques pour les maladies génétiques PLAN du COURS 1. APPROCHES PHARMACOLOGIQUES 2. THERAPIE CELLULAIRE 3. THERAPIE GENIQUE CONCLUSION

5 Approches pharmacologiques pour les maladies génétiques Compréhension des mécanismes physiopathologiques Criblage haut débit Test Fonctionnel Limitation des effets délétères d un produit toxique accumulé Exemple: régime restrictif, élimination de produit toxique, Induction de l activité d une protéine Exemple: Supplémentation en cofacteur, Apport de la protéine manquante Exemple: Thérapie substitutive,

6 Approches pharmacologiques pour les maladies génétiques Progrès thérapeutiques dans les Maladies métaboliques Thérapie Enzymatique Substitutive Mucopolysaccharidose de type I Alfa-L-iduronidase, Laronidase, Aldurazyme* Mucopolysaccharidose de type II ou syndrome de Hunter Iduronate-2-sulfatase, Idursulfase, Elaprase* Polysaccharidose de type VI Arylsulfatase B, Galsulfase, Naglazyme* Maladie de Fabry (glycosphingolipose) Alfa-galactosidase A, Agalsidase-alfa, Replagal* Agalsidase-bêta, Fabrazyme* Maladie de Gaucher (glycosphingolipose) Glucocérébrosidase, ou bêta-glucosidase acide, Imiglucérase, Cérézyme* Maladie de Pompe Alpha-glucosidase (glycogénose) Alglucosidase alfa, Myozyme*

7 Translecture de CODONS STOP Mutations NON-SENS: environ 10 à 20% des mutations délétères Traduction normale Ribosomes CODON STOP NATUREL ARN messager Protéine de taille normale, fonctionnelle Traduction incomplète Ribosomes Mutation NONSENS : création d un nouveau codon STOP => Arrêt prématuré de la traduction ARN messager Protéine tronquée, non fonctionnelle

8 Translecture de CODONS STOP Mutations NON-SENS: environ 10 à 20% des mutations délétères Traduction normale Ribosomes CODON STOP NATUREL ARN messager Protéine de taille normale, fonctionnelle Traduction incomplète Ribosomes Mutation NONSENS : création d un nouveau codon STOP => Arrêt prématuré de la traduction ARN messager Protéine tronquée, non fonctionnelle Translecture de Codons STOP Insertion d un acide-aminé «au hasard» Ribosomes Ataluren CODON STOP NATUREL ARN messager Protéine de taille normale, fonctionnelle à condition que l insertion de l acide-aminé soit tolérée

9 Translecture de CODONS STOP Pathologies cibles nombreuses Essais cliniques en cours: PTC124 ATALUREN Dystrophie musculaire de Duchenne Hémophilie Mucoviscidose certains suspendus

11 Thérapie Cellulaire Définition: Ensemble de techniques permettant la manipulation ou la transformation d une cellule ou d un tissu afin de leur conférer des fonctions nouvelles (thérapeutiques)

12 Cellules souches: Généralités REGENERATION TISSULAIRE Renouvellement naturel d un tissu (peau, tube digestif, sang/moelle osseuse, ) Régénération suite à des lésions d un tissu (tissu musculaire, foie, )

13 Thérapie Cellulaire Sources Cellulaires Neurones Cellules souches embryonnaires Totipotence: pouvoir de différenciation vers toutes les lignées cellulaires «Tout tissu accessible» ES cells Maladies Neurodégénératives Exemple M. Huntington Insuffisance cardiaque Cardiomyocytes Cellules épithéliales Cellules musculaires Transplantation Maladies neuromusculaires Diabète Brûlures

14 Thérapie Cellulaire Sources Cellulaires Cellules souches embryonnaires Totipotence: pouvoir de différenciation vers toutes les lignées cellulaires «Tout tissu accessible» Intérêts thérapeutiques éventuels nombreux mais de nombreuses questions soulevées. Éthique et législation La loi relative à la bioéthique autorise ( ) la recherche sur les cellules souches embryonnaires lorsqu'elles sont susceptibles de permettre des progrès thérapeutiques majeurs et à la condition de ne pouvoir être poursuivies par une méthode alternative d'efficacité comparable ( ) Nouvelle loi relative à la bioéthique (7 juillet 2011) Maladies Neurodégénératives Exemple M. Huntington Insuffisance cardiaque Maladies neuromusculaires Diabète Brûlures

15 Thérapie Cellulaire Sources Cellulaires Induced Pluripotent Stem Cells (ips) REPROGRAMMATION de cellules matures Obtention de cellules «embryonnaires-like» - saines: thérapie cellulaire - lignées de cellules malades: criblage moléculaire Encore des nombreux obstacles pratiques (efficacité; oncogénicité; ) Taux de réussite <0,1%-1% Zaehres and Scholer, Cell, 2007

16 Thérapie Cellulaire Sources Cellulaires Cellules souches adultes Présence de progéniteurs / cellules souches dans les tissus d organisme adulte Multipotence : pouvoir de différenciation des progéniteurs vers plusieurs lignées cellulaires du tissu considéré Questions éthiques similaires aux problèmes soulevés par les greffes d organe

17 Thérapie Cellulaire Sources Cellulaires Cellules souches adultes Quelques exemples: - Cellules souches hématopoïétiques Traitement des leucémies, maladies génétiques hématologiques, métaboliques - Cellules souches neurales Traitement des maladies neurodégénératives - Cellules souches musculaires Traitement des dystrophies musculaires, - Cellules souches épidermiques Traitement des grands brûlés, génodermatoses, - Cellules souches pancréatiques Traitement du diabète

19 Thérapie Génique DEFINITION Modification du matériel génétique de cellules vivantes, par transfert d acides nucléiques à des fins thérapeutiques QUELQUES REPERES HISTORIQUES Concept né en 1970! «Du «bon» ADN exogène pourrait être utilisé pour remplacer un ADN défectueux chez des personnes atteintes de défauts génétiques» Rogers, New Scientist 1970; Friedmann et Roblin, Science 1972 Premier essai clinique de thérapie génique en 1990 ADA-SCID, équipe du Dr. French Anderson Premier succès thérapeutique de thérapie génique dans une maladie génétique en 2000 X-SCID, équipe du Dr. Alain Fischer

20 Thérapie Génique DEFINITION Modification du matériel génétique de cellules vivantes, par transfert d acides nucléiques à des fins thérapeutiques Initialement destinée aux maladies génétiques monogéniques Exemple: mucoviscidose, thalassémie puis extension du champ d application aux maladies polyfactorielles Exemple: cancers, infectiologie

21 Thérapie Génique Modalités Thérapie génique germinale : NON envisageable chez l Homme (pb éthiques) Utilisation courante chez l animal: TRANSGENESE Thérapie génique somatique : différentes modalités Thérapie génique in-vivo Thérapie génique ex-vivo Vecteur Prélèvement Transfert direct systémique tissulaire/organique Vecteur Transfert de gènes Modification des cellules souches ex-vivo Réimplantation

22 Différentes modalités de transfert de gène. Thérapie génique ex-vivo Vecteur Transfert de gènes Modification des cellules souches ex-vivo Cellules souches adultes : Capacités d auto-renouvellement Et de différenciation multi-lignée cible fréquente du transfert ex-vivo objectif: transfert unique stable NB: Thérapie génique: Transfert de gène à visée thérapeutique Thérapie cellulaire: Utilisation de cellules souches à visée thérapeutique Chevauchement Thérapie génique et Thérapie cellulaire

23 Thérapie Génique Principe Acide nucléique exogène Fonction anormale Cellule Transfert de gène VECTEURS ADN muté Noyau Viraux dérivés de virus sauvages efficacité importante immunogènes et/ou toxiques Non viraux Electroporation ADN nu Lipidique/Cationique méthodes physiques et/ou chimiques moins efficaces, mais mieux «contrôlables

24 Thérapie Génique Principe Acide nucléique exogène Transfert de gène VECTEURS Viraux Non viraux Vecteur = système de transfert Fonction normale rétablie Transgène Séquence codant pour un ARNmessager d intérêt Noyau Séquences modifiant l expression Action au niveau de l ARNmessager Cellule Objectif: Correction d un déficit, ou apport d une fonction nouvelle

25 Thérapie Génique Maladies monogéniques Quelques succès marquants: Approches utilisant un transgène Traitement par thérapie génique ex-vivo dans des cellules souches hématopoïétiques Déficits immunitaires innés (X-SCID; ADA-SCID) depuis 2000 Effet secondaire sévère essai X-SCID Notion de rapport RISQUE/BENEFICE Adrénoleucodystrophie 2009 Béta-thalassémie 2010

26 Thérapie Génique Maladies génétiques hématologiques v c Wild Type v Mutant X-SCID DEFICIT IMMUNITAIRE COMBINE SEVERE LIE à l X mutations gène c défaut de prolifération lymphocytaire déficit immunitaire Fischer et al., 2002

27 Thérapie Génique Maladies génétiques hématologiques X-SCID v c v Vecteur Prélèvement de cellules souches hématopoiétiques Transfert de gènes Modification des cellules ex-vivo Réimplantation Thérapie génique ex-vivo

28 Thérapie Génique Maladies génétiques hématologiques v c v X-SCID 1 véritable succès de la thérapie génique: Cavazzana-Calvo et al., 2000 Traitement de déficit immunitaire combiné sévère par transfert génique

29 THERAPIE GENIQUE XSCID BILAN 2009/2010 A ce jour 20 enfants traités Correction du déficit immunitaire chez 17 patients Effet secondaire sévère chez 5 patients c Mutagénèse insertionnelle LMO-2 LMO-2 Rapport Risque/Bénéfice

30 Thérapie Génique Maladies monogéniques Quelques succès marquants: Approches par modulation de l expression Traitement par l approche du «SAUT D EXON» Utilisant des molécules chimiques «antisens» Myopathie de Duchenne 2009 Démonstration de la bonne tolérance et de la ré-expression de la protéine déficitaire

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35 Thérapie Génique Approches Cliniques 65% Cancérologie 8% Maladies monogéniques 2005: 954 essais cliniques autorisés 2009: 1537 essais cliniques autorisés 2012: 1843 essais cliniques autorisés Journal of Gene Medecine Trial Database A ce jour: - PEU de véritables succès thérapeutiques (une dizaine) - pas d applications systématiques en ROUTINE

36 CONCLUSION Les stratégies thérapeutiques pour les maladies génétiques Nouvelles approches prometteuses Premiers succès cliniques mais aussi premières complications Les pathologies polyfactorielles bénéficient de la recherche de nouvelles approches thérapeutiques pour les maladies monogéniques Futurs enjeux aspects sécuritaires Rapport RISQUE/BENEFICE compréhension des effets biologiques induits meilleure caractérisation des cellules souches développement de nouveaux systèmes vecteurs

37 Maladies rares - Essais cliniques Autres sites: www2.cnrs.fr/presse/communique/ (Journal of Gene Medecine Trial Database)