Une nouvelle thérapie pour atténuer le syndrome du X fragile pourrait être à l’horizon

Une thérapie antisens développée par Joel D. Richter, PhD, Sneha Shah, PhD, et Jonathan K. Watts, PhD, à l’UMass Chan Medical School et Elizabeth Berry-Kravis, MD, PhD, au RUSH University Medical Center, restaure la production du protéine FMRP dans des échantillons de cellules prélevés chez des patients atteints du syndrome de l’X fragile. Publié dans le Actes de l’Académie nationale des sciencescette percée a été possible grâce aux nouvelles découvertes, également présentées dans l’étude, selon lesquelles l’épissage alternatif aberrant de l’ARN messager (ARNm) joue un rôle principal dans le syndrome de l’X fragile, la forme la plus courante de déficience intellectuelle héréditaire et la forme la plus fréquente de déficience intellectuelle unique. cause génétique de l’autisme.

Cette découverte offre un réel espoir qu’une thérapie pour atténuer le syndrome du X fragile soit possible et puisse être appliquée à la clinique plus tôt que nous ne le pensions. Ces résultats ne sont pas conventionnels et n’étaient pas quelque chose que nous attendions. Si vous faites de la bonne science fondamentale, croyez en vos données et suivez où cela vous mène, les résultats peuvent changer notre compréhension fondamentale de la biologie et de la maladie.”

Dr Joel D. Richter, PhD, le Chaire Arthur F. Koskinas en neurosciences et professeur de médecine moléculaire

Le syndrome de l’X fragile est une maladie génétique résultant d’une expansion répétée CGG dans la séquence d’ADN du gène de l’X fragile (FMR1). Les personnes atteintes de l’X fragile souffrent d’une déficience intellectuelle ainsi que de problèmes de comportement et d’apprentissage. Les troubles cognitifs peuvent varier de légers à graves et touchent plus fréquemment les garçons que les filles. Il n’y a pas de remède pour le syndrome de l’X fragile, bien que des interventions telles que l’éducation spécialisée, l’orthophonie, la physiothérapie ou la thérapie comportementale et les médicaments apportant un soulagement symptomatique puissent offrir la possibilité d’optimiser une gamme complète de compétences.

Vu au microscope, le RMF1 Le gène contenant l’expansion répétée est détecté comme une bande rétrécie pinçant l’extrémité d’un bras du chromosome X (identifié comme le site fragile). La fonction principale du produit protéique de la RMF1 (FMRP) est de lier jusqu’à 1 000 ARNm différents et d’inhiber leur traduction. En l’absence de FMRP, comme dans le cas du syndrome de l’X fragile, il y a production excessive de centaines de protéines différentes dans le cerveau. Bien qu’il ne soit pas entièrement compris comment, le contrôle FMRP de la traduction de l’ARNm joue un rôle essentiel dans la plasticité synaptique et la fonction cérébrale supérieure. Sans FMRP, le développement neurologique normal ne se produit pas.

Normalement, les humains ont entre cinq et 55 répétitions CGG dans le gène FMR1. Le syndrome de l’X fragile survient lorsqu’un individu possède plus de 200 répétitions CGG dans la séquence du gène FMR1. Le modèle conventionnel de la maladie soutient qu’une fois qu’une longueur de répétition CGG atteint 200 ou plus, le gène devient méthylé et s’arrête, et ne produit pas d’ARN FMR1 ou FMRP.

En utilisant des échantillons de sang d’hommes atteints du X fragile fournis par le Dr Berry-Kravis, professeur de pédiatrie, de sciences neurologiques et d’anatomie et de biologie cellulaire, les Drs. Richter et Shah ont trouvé quelque chose d’inattendu.

“Nous avions des raisons de croire qu’il y avait des défauts dans un certain nombre d’ARNm produits par des patients X fragiles”, a déclaré le Dr Shah, professeur adjoint de médecine moléculaire. “Nous avons mené les expériences et commencé à examiner les différentes lectures d’ARN, cependant, nous avons été surpris de constater que les cellules produisaient de l’ARNm X fragile même si aucune protéine n’était fabriquée. Elles n’auraient pas dû produire d’ARNm X fragile. n’était pas censé se produire. Cela nous a fait repenser la façon dont la maladie se produisait à un niveau biologique de base.

En examinant de près l’ARNm X fragile porteur de mutations, Shah a découvert une isoforme d’épissage anormale peu connue, une variation de séquence, appelée FMR1-217. Avant que l’ARNm puisse être traduit par le ribosome en une protéine fonctionnelle, il subit un processus appelé épissage. Ce processus intermédiaire élimine toutes les régions non codantes de l’ARN (introns) et réassemble les régions codant pour les protéines (exons). On pense que les variations de ce mécanisme d’épissage, appelé épissage alternatif, permettent à un seul gène de créer différentes isoformes d’ARN. Ces isoformes, parce qu’elles contiennent chacune des régions codantes différentes, permettent à un seul gène de fabriquer plusieurs protéines.

Les répétitions CGG trouvées dans le RMF1 la mutation du gène, cependant, provoquait un événement d’épissage erroné qui laissait un morceau crucial d’un intron (un pseudo-exon) dans l’ARNm mature. Cette simple erreur d’épissage était la raison pour laquelle le FMRP n’était pas fabriqué, et non la méthylation du gène, comme on le croyait auparavant. Richter et Shah ont émis l’hypothèse que si ce mauvais épissage pouvait être corrigé ou évité, la production normale de protéines X fragiles pourrait être restaurée.

Une façon de modifier l’épissage de l’ARN consiste à créer un oligonucléotide antisens (ASO), un court morceau d’ADN avec une séquence complémentaire, qui se liera à l’ARNm cible. Cette liaison amène la machinerie d’épissage à sauter les sites d’épissage inappropriés sur l’ARN, ce qui entraîne un épissage normal et la formation d’ARNm mature. C’est aussi une technique qui est déjà utilisée en clinique pour traiter l’amyotrophie spinale (AMS), un trouble neuromusculaire, et qui fait l’objet d’essais cliniques pour d’autres maladies neurologiques.

Pour concevoir un ASO ciblant l’ARNm fragile du X, Richter et ses collègues se sont tournés vers le Dr Watts, un expert ASO qui travaille également sur des maladies neurologiques telles que la maladie de Huntington et la SLA. Watts, professeur de thérapie par ARN, a conçu 11 ASO en tentant d’en trouver un qui bloquerait le mauvais épissage du fragile ARN X et restaurerait la production de FMRP. Une combinaison de deux ASO développée par Watts a inhibé avec succès l’épissage aberrant et a sauvé l’épissage approprié de l’ARNm de FMR1 dans les cellules dérivées du patient. Cela a conduit à la production de niveaux normaux de FMRP dans ces cellules.

“Nous n’aurions jamais trouvé cela en utilisant un modèle de souris de X fragile”, a déclaré Richter. “Le modèle de souris est un knock-out de gène. Parce qu’il n’a tout simplement pas le gène X fragile, il n’y a pas d’ARNm qui est fabriqué. Le mauvais épissage de l’ARNm de FMR1 est un mécanisme de régulation des gènes qui dépend de l’expansion de CGG, qui peut être unique à l’homme et aux primates. Nous n’avons découvert ce mauvais épissage que parce que nous travaillions sur des cellules humaines.”

Richter et ses collègues espèrent que la traduction de cette découverte en clinique pourra être accélérée car les traitements actuels de la SMA sont basés sur une technologie similaire. La seule différence entre les deux est la séquence génétique de l’ASO utilisé pour traiter le mauvais épissage du X fragile.

“Il s’agit d’une découverte très excitante qui a un potentiel thérapeutique élevé”, a déclaré Berry-Kravis. “Cependant, il est très tôt dans le développement, et beaucoup de travail est nécessaire pour déterminer dans quelle mesure la stratégie ASO peut restaurer la FMRP, dans quel pourcentage de cellules cérébrales et chez quels individus avec X fragile. Si la stratégie ASO s’avère efficace dans cellules d’un pour cent significatif d’individus avec X fragile, ceci peut fournir une inversion génétique de la maladie qui pourrait avoir le choc clinique élevé et améliorer le niveau fonctionnel des personnes vivant avec X fragile et réduire le fardeau sur leurs soignants.

Le financement de la recherche a été assuré, en partie, par les National Institutes of Health, la Simons Foundation for Autism Research, la FRAXA Research Foundation et le UMass Chan BRIDGE Fund. La prochaine étape pour l’équipe X fragile sera d’obtenir un partenariat avec une entreprise commerciale qui peut aider à amener le travail d’ASO à un éventuel essai clinique humain pour traiter le syndrome du X fragile.

« FRAXA a financé les laboratoires Richter et Berry-Kravis pour mener une étude innovante sur les événements d’épissage anormaux dans le X fragile en vue d’une utilisation potentielle en tant que biomarqueur », a déclaré Michael Tranfaglia, MD, directeur scientifique de la FRAXA Research Foundation. “Au cours de cette recherche, ces superbes scientifiques ont découvert par hasard quelque chose de vraiment transformateur qui a changé notre compréhension fondamentale du X fragile lui-même. Au-delà de cela, le potentiel thérapeutique de cette découverte est vraiment remarquable.”

Le Dr Richter et ses collègues ont également reçu un financement du Fonds BRIDGE de l’UMass Chan en 2022 pour concevoir et tester l’ASO utilisé pour restaurer la production de protéines X fragiles.

« Avec l’aide d’un prix du BRIDGE Fund, le laboratoire du Dr Richter démontre que les oligonucléotides antisens bloquent efficacement l’épissage incorrect de FMR1 et restaurent le FMRP à des niveaux normaux », a déclaré Huseyin Mehmet, PhD, directeur exécutif de BRIDGE Innovation and Business Development à UMass Chan.

La prochaine étape pour l’équipe X fragile sera d’obtenir un partenariat avec une entreprise commerciale qui peut aider à amener le travail d’ASO à un éventuel essai clinique humain pour traiter le syndrome du X fragile.