Nouvelle percée en thérapie génique : La technologie Repair Drive permet l’expansion des hépatocytes in vivo

Contexte académique

La thérapie génique est un domaine de recherche médicale qui a connu un essor significatif ces dernières années, en particulier pour les maladies du foie, compte tenu du rôle central du foie dans le métabolisme. Bien que les technologies d’édition génique comme CRISPR-Cas9 aient fait des progrès remarquables dans l’élimination des gènes, la majorité des maladies hépatiques nécessitent une correction génétique plutôt qu’une suppression. Cependant, l’efficacité et la précision de la réparation génétique dans les hépatocytes différenciés sont très limitées, ce qui restreint fortement leur application clinique. Pour résoudre ce problème, une équipe de recherche a développé une nouvelle technologie appelée Repair Drive, visant à sélectionner et à amplifier les hépatocytes réparés par recombinaison homologue (HDR, Homology-Directed Repair) grâce à l’inhibition transitoire d’un gène essentiel, augmentant ainsi l’efficacité de la réparation génétique.

Source de l’article

Cet article, rédigé par Marco De Giorgi et son équipe, est le fruit d’une collaboration entre plusieurs institutions de renom, dont Baylor College of Medicine, Rice University et Alnylam Pharmaceuticals. Il a été publié le 12 février 2025 dans la revue Science Translational Medicine sous le titre In vivo expansion of gene-targeted hepatocytes through transient inhibition of an essential gene.

Processus de recherche

1. Conception de l’étude

L’objectif principal de l’étude était de développer une technologie capable de sélectionner et d’amplifier les hépatocytes réparés par HDR in vivo. La technologie Repair Drive repose sur l’inhibition transitoire d’un gène essentiel, Fah (fumarylacetoacetate hydrolase), provoquant la mort des hépatocytes non réparés tout en permettant la survie et l’expansion des cellules ayant subi la réparation génétique.

2. Étapes expérimentales

a) Édition génique et inhibition par siRNA

L’équipe a utilisé des virus adéno-associés (AAV, Adeno-Associated Virus) comme vecteurs pour introduire le système CRISPR-Cas9 et un modèle de réparation (donor plasmid) dans le foie de souris. Le modèle de réparation contenait une version humaine du gène Fah résistante au siRNA et un gène thérapeutique (comme le facteur IX humain, FIX). Ensuite, les souris ont reçu des injections de siRNA ciblant le gène Fah murin pour inhiber temporairement son expression.

b) Conditionnement hépatique et expansion sélective

À travers des injections répétées de siRNA, les chercheurs ont mis en place un conditionnement hépatique. En l’absence de Fah, les hépatocytes non réparés accumulent des métabolites toxiques et meurent, tandis que les cellules réparées survivent et se multiplient. L’équipe a utilisé des marqueurs fluorescents (comme le tdTomato) pour observer l’expansion des cellules réparées et a quantifié les événements d’édition génique à l’aide de la PCR digitale (ddPCR) et du séquençage à lecture longue (long-read sequencing).

c) Régime hyperprotéique pour augmenter la pression de sélection

Pour accroître la pression de sélection, l’équipe a également mené des expériences avec un régime hyperprotéique, augmentant le métabolisme de la tyrosine pour accélérer la mort des hépatocytes non réparés et ainsi renforcer l’expansion sélective des cellules réparées.

d) Sécurité à long terme et persistance de l’expression génique

Pour évaluer la sécurité à long terme et la persistance de l’expression génique, les souris ont été suivies pendant un an, avec une attention portée sur les changements pathologiques hépatiques, la persistance de l’expression génique et l’apparition potentielle de tumeurs.

3. Analyse des données

L’équipe a utilisé plusieurs méthodes d’analyse de données avancées, notamment : - PCR digitale (ddPCR) : Pour quantifier la fréquence des événements HDR et NHEJ (jonction d’extrémités non homologues, Non-Homologous End Joining). - Séquençage à lecture longue (long-read sequencing) : Pour analyser en détail la structure des événements d’édition génique, en distinguant différents types d’événements HDR et NHEJ. - Séquençage d’ARN à noyau unique (snRNA-seq) : Pour analyser le transcriptome des cellules réparées, révélant leur distribution et leur fonction dans différentes zones du foie.

Résultats principaux

1. Efficacité de l’expansion sélective

L’étude a montré que la technologie Repair Drive augmentait significativement la proportion d’hépatocytes réparés par HDR. Chez les souris saines, la proportion de cellules réparées a atteint 25 %, et l’expression du gène thérapeutique (comme FIX) a été multipliée par cinq. De plus, avec un régime hyperprotéique, la proportion de cellules réparées a encore augmenté, atteignant 24,6 %.

2. Précision des événements d’édition génique

Grâce au séquençage à lecture longue, l’équipe a constaté que Repair Drive réduisait significativement l’occurrence des événements NHEJ et augmentait la fréquence des événements HDR. Bien que certains événements d’édition non intentionnels (comme l’insertion du génome AAV) aient été observés, ils n’ont pas eu d’impact significatif sur la fonction des cellules réparées.

3. Sécurité et tolérance à long terme

Après un suivi d’un an, la technologie Repair Drive a démontré une excellente sécurité et tolérance. Les fonctions hépatiques et le poids des souris n’ont pas changé de manière significative, et aucun signe de tumeur n’a été détecté. Bien que quelques souris aient présenté des lésions prolifératives localisées, celles-ci ne présentaient pas de caractéristiques malignes.

Conclusion de l’étude

La technologie Repair Drive, en inhibant temporairement le gène essentiel Fah, permet une expansion sélective des hépatocytes réparés par HDR in vivo, améliorant ainsi considérablement l’efficacité de la thérapie génique. Cette technologie augmente non seulement l’expression des gènes thérapeutiques, mais présente également une excellente sécurité et tolérance à long terme. Son succès ouvre de nouvelles perspectives pour le traitement des maladies hépatiques, en particulier pour celles nécessitant une réparation génétique plutôt qu’une suppression.

Points forts de l’étude

1. Innovation technologique : Repair Drive est la première technologie à utiliser l’inhibition transitoire d’un gène essentiel pour sélectionner et amplifier les hépatocytes réparés in vivo, résolvant ainsi le problème de faible efficacité de la HDR dans les tissus différenciés.
2. Efficacité et précision : Cette technologie augmente significativement la fréquence des événements HDR tout en réduisant les événements NHEJ non désirés, assurant une réparation génique précise.
3. Sécurité à long terme : Un an de suivi a montré que Repair Drive est sûre et bien tolérée, sans effets secondaires importants à long terme.
4. Perspectives d’application étendues : Cette technologie peut être utilisée non seulement pour traiter les troubles de la coagulation (comme l’hémophilie B), mais aussi d’autres maladies métaboliques héréditaires nécessitant une réparation génétique.

Autres informations utiles

L’équipe a également développé une technique appelée GISA-seq pour détecter les événements d’intégration hors cible des vecteurs AAV à l’échelle du génome. Cette technique permet d’identifier les sites d’intégration du génome AAV dans le génome hôte, offrant un nouvel outil pour évaluer la sécurité de la thérapie génique.

Le succès de la technologie Repair Drive ouvre de nouvelles voies pour le traitement des maladies hépatiques et pourrait, à l’avenir, être largement appliqué en clinique, offrant un espoir à davantage de patients atteints de maladies hépatiques héréditaires.