Progrès de l’édition génomique CRISPR dans l’insuffisance cardiaque, la mucoviscidose et le traitement du cholestérol

Des chercheurs ont développé trois approches distinctes d’édition génétique basées sur CRISPR visant l’insuffisance cardiaque, la mucoviscidose et l’hypercholestérolémie, marquant des avancées importantes dans l’application des technologies d’édition du génome à des maladies fréquentes et rares. Les techniques vont de l’amélioration des mitochondries à l’insertion de gènes sans vecteur viral, en passant par une réduction des lipides en dose unique.

Des chercheurs de Rice University et du Baylor College of Medicine ont mis au point un système CRISPR non éditant qui régule l’expression génique afin d’augmenter la production de mitochondries dans les cellules cardiaques, répondant à la crise énergétique qui sous-tend l’insuffisance cardiaque. L’insuffisance cardiaque touche 6,8 millions d’Américains, et 1 adulte sur 4 aux États-Unis devrait développer cette affection au cours de sa vie. Un tiers des patients développent une insuffisance cardiaque après un infarctus, alors que le cœur peine à récupérer et à maintenir son énergie.

Le système agit comme un interrupteur « on », incitant les cellules à assembler davantage de mitochondries en contrôlant des voies internes de régulation. « Plutôt que de forcer la cellule à surproduire un gène, nous avons utilisé CRISPR pour l’orienter et affiner ses systèmes régulateurs naturels de manière mesurée », a déclaré Isaac Hilton, professeur associé de bioingénierie à Rice et auteur correspondant de l’étude publiée dans Molecular Therapy. « Cela nous permet d’améliorer la performance mitochondriale tout en préservant l’équilibre dans la cellule, ce qui est une exigence clé pour une transposition clinique sûre. »

Testé sur divers types de cellules humaines, le système a augmenté avec succès la production de la protéine régulatrice, amplifiant la fonction mitochondriale et les niveaux d’énergie cellulaire. Appliqué à des cardiomyocytes humains, les cellules du cœur responsables des contractions de pompage, le système a amélioré leur taux de consommation d’oxygène, un indicateur d’une meilleure fonction mitochondriale. Les chercheurs ont observé des améliorations similaires de la fonction mitochondriale lorsqu’ils ont testé le système dans un modèle animal ainsi que dans des tissus cardiaques de donneurs adultes humains issus de cœurs normaux et malades.

Les traitements actuels de l’insuffisance cardiaque visent à réduire la demande énergétique du cœur pour l’aligner sur une offre énergétique altérée. « Les approches conventionnelles peuvent provoquer des complications supplémentaires au fil du temps, car elles ne s’attaquent pas à la cause profonde du problème », a déclaré Ravi Ghanta, professeur de chirurgie à Baylor et co-auteur correspondant de l’étude. « Alors que l’insuffisance cardiaque devrait devenir plus fréquente, il est particulièrement crucial que nous concentrions nos efforts sur le développement d’un traitement efficace. »

Dans un développement distinct, des chercheurs de l’UCLA ont mis au point une approche d’édition génétique basée sur des nanoparticules lipidiques capable d’insérer un gène sain entier dans des cellules des voies aériennes humaines, rétablissant une fonction biologique clé dans un modèle de laboratoire de mucoviscidose. L’étude montre que des nanoparticules lipidiques, de minuscules particules à base de lipides largement utilisées pour délivrer des vaccins à ARNm, peuvent être conçues pour transporter la charge moléculaire complexe nécessaire à l’insertion précise d’un grand gène complet dans le génome sans recourir à des vecteurs viraux.

La mucoviscidose est causée par des mutations d’un seul gène, le cystic fibrosis transmembrane conductance regulator, ou CFTR, qui code un canal aidant au transport du chlorure et de l’eau à la surface des cellules des voies aériennes. Lorsque le canal ne fonctionne pas correctement, le mucus pulmonaire devient épais et collant, piégeant des bactéries et entraînant des infections chroniques ainsi que des lésions pulmonaires progressives. Bien que des médicaments très efficaces, appelés modulateurs de CFTR, aient transformé la prise en charge de nombreuses personnes atteintes de mucoviscidose, environ 10% des patients produisent peu ou pas du tout de protéine CFTR, ne laissant aucune cible sur laquelle ces médicaments puissent agir.

Comme il existe plus de 1.700 mutations différentes du gène CFTR pouvant provoquer la mucoviscidose, l’équipe a cherché à développer une approche universelle susceptible de corriger n’importe laquelle de ces erreurs en une seule modification, plutôt que de manière individuelle. Les particules ont été conçues pour transporter simultanément trois composants d’édition génétique : la machinerie CRISPR pour couper l’ADN à un endroit précis, des molécules guides pour cibler le bon site génomique, et un modèle d’ADN codant une copie complète et fonctionnelle du gène CFTR.

Les chercheurs ont testé le système sur des cellules des voies aériennes humaines cultivées en laboratoire et portant une mutation sévère de la mucoviscidose qui ne répond pas aux médicaments existants. Les nanoparticules ont permis de délivrer avec succès un gène CFTR sain dans environ 3-4% des cellules. Malgré cette fraction relativement faible de cellules corrigées, le traitement a rétabli entre 88% et 100% de la fonction normale du canal CFTR à l’échelle de la population cellulaire.

Le gène CFTR de remplacement a été conçu pour maximiser la production de la protéine une fois entré dans la cellule, permettant à un petit nombre de cellules corrigées d’avoir un effet disproportionné. Cette conception génique, connue sous le nom d’optimisation des codons, a été développée par des collaborateurs du laboratoire de Donald Kohn à l’UCLA et augmente la production de la protéine CFTR sans modifier la protéine elle-même.

Contrairement aux approches qui délivrent de l’ARN messager, qui doivent être administrées à répétition, la nouvelle stratégie insère le gène corrigé directement dans le génome, ce qui pourrait permettre aux cellules et à leur descendance de continuer à produire un CFTR fonctionnel au fil du temps.

Un essai de phase 1, première étude chez l’humain, d’une thérapie d’édition génétique CRISPR-Cas9 ciblant le cholestérol a été présenté lors des American Heart Association Scientific Sessions et publié dans The New England Journal of Medicine. La thérapie cible ANGPTL3, un gène dont il a été montré qu’il régule le métabolisme du LDL et des triglycérides, et a été administrée en une seule perfusion intraveineuse à des patients présentant des lipides élevés malgré les thérapies standard.

Les patients ont présenté une diminution dépendante de la dose allant jusqu’à près de 50% pour le LDL-C, et près de 55% pour les triglycérides. Aucun effet indésirable grave lié à la thérapie n’a été observé dans les données initiales, bien qu’un suivi à long terme soit encore en cours. L’approche CRISPR est étayée par la génétique humaine : il a été montré que les personnes porteuses de mutations naturelles avec perte de fonction affectant ANGPTL3 avaient des taux plus faibles de maladies cardiovasculaires.

L’étude de phase 1 était conçue pour évaluer uniquement la sécurité précoce. Bien que la thérapie réduise le LDL-C et les triglycérides, elle ne montre pas encore si cela se traduira par une diminution de la mortalité cardiovasculaire. La recherche a été soutenue par le Baylor College of Medicine, l’American Heart Association et les National Institutes of Health.