Une tRNA modifiée contourne des mutations responsables de la mucoviscidose

Une équipe dirigée par l’Université de Toronto a mis au point une stratégie d’ARN non virale destinée à traiter une forme de mucoviscidose liée aux mutations non-sens. Ces anomalies introduisent un signal d’arrêt prématuré dans les instructions génétiques : la cellule cesse alors trop tôt de fabriquer la protéine CFTR, essentielle au fonctionnement des cellules des voies respiratoires. 1

Plutôt que de modifier directement le gène CFTR, les chercheurs ont fourni une ARN de transfert suppressive conçue pour lire au-delà de ce signal erroné. Cette approche a restauré la production d’une protéine CFTR complète dans des cellules épithéliales bronchiques, des modèles murins et des organoïdes issus de patients atteints de mucoviscidose. Il s’agit toutefois encore d’une plateforme préclinique, et non d’un traitement démontré chez l’être humain.

Le problème : un arrêt prématuré tronque la protéine CFTR

Lorsqu’une mutation non-sens survient, la machinerie cellulaire chargée de fabriquer les protéines interrompt la traduction trop tôt. Dans le cas de CFTR, il peut en résulter une quantité très faible, voire inexistante, de protéine complète capable de fonctionner comme canal à chlorure.

Cette situation limite l’efficacité des traitements actuels. Les modulateurs de CFTR, comme l’élexacaftor–tézacaftor–ivacaftor — commercialisé sous le nom de Trikafta — améliorent le repliement, l’acheminement ou l’activité d’une protéine CFTR déjà produite par la cellule. Ils ne peuvent pas entièrement compenser un signal d’arrêt qui empêche la fabrication d’une quantité suffisante de protéine complète. 12

La stratégie étudiée vise donc un sous-groupe de patients porteurs de mutations non-sens, qui peuvent répondre insuffisamment aux modulateurs seuls. Ces mutations représenteraient environ 11 % des maladies génétiques héréditaires. Comme le même type d’erreur de traduction se retrouve dans de nombreux gènes, une méthode de « lecture au-delà » sûre pourrait, en théorie, être adaptée à d’autres maladies. 2

Comment la tRNA suppressive contourne la mutation

En temps normal, une ARN de transfert — ou tRNA — reconnaît les codons de l’ARN messager et apporte l’acide aminé correspondant pendant la traduction. Les chercheurs ont conçu des tRNA suppressives, ou sup-tRNA, dont l’anticodon reconnaît un codon d’arrêt prématuré présent dans l’ARN messager de CFTR muté.

Lorsque la sup-tRNA atteint ce signal d’arrêt erroné, elle insère un acide aminé au lieu de laisser la traduction s’interrompre. Le ribosome peut alors poursuivre la lecture du message et produire une protéine CFTR complète. L’approche agit donc comme un contournement temporaire du défaut de traduction, plutôt que comme une réparation de la séquence d’ADN. 14

Puisque l’ARN n’est pas destiné à modifier durablement le génome, son effet est transitoire. Si cette stratégie atteint un jour les essais cliniques, des administrations répétées seront probablement nécessaires. Leur fréquence dépendra de la durée d’activité du traitement et de la possibilité de le réadministrer sans risque.

Une modification chimique pour rendre la tRNA plus efficace

Les tRNA suppressives non modifiées rencontrent plusieurs obstacles : elles doivent rester suffisamment stables, être chargées avec le bon acide aminé, franchir efficacement le codon d’arrêt et ne pas déclencher une réponse immunitaire innée excessive.

L’équipe a introduit, à un emplacement précis, une modification chimique naturellement présente dans les tRNA. Selon les résultats rapportés, cette modification a amélioré le chargement de la tRNA en acide aminé, accru la lecture au-delà du codon d’arrêt prématuré, prolongé son activité fonctionnelle et réduit l’activation de l’immunité innée. 158

Les sources disponibles ne précisent pas le nom de cette modification. Il ne faut donc pas l’identifier sans preuve comme une molécule particulière, telle que la pseudouridine.

L’intérêt de cette optimisation est qu’elle s’attaque à plusieurs goulots d’étranglement à la fois. Une tRNA capable de franchir un codon d’arrêt, mais rapidement dégradée, mal chargée ou fortement immunostimulante, aurait une utilité thérapeutique limitée.

Des nanoparticules conçues pour les poumons

Les chercheurs ont également développé des formulations de nanoparticules lipidiques — ou LNP, pour lipid nanoparticles — adaptées à la structure particulière de la tRNA. Après avoir comparé différentes formulations, ils ont administré les particules retenues par inhalation, afin de favoriser leur dépôt dans les poumons et leur absorption par les cellules des voies respiratoires. 18

Il s’agit d’un système de délivrance non viral : les nanoparticules transportent l’ARN à l’intérieur des cellules, sans utiliser de vecteur viral ni insérer de gène corrigé de façon permanente. Des travaux antérieurs avaient déjà montré que des sup-tRNA délivrées par LNP pouvaient restaurer la production de protéines fonctionnelles dans des modèles murins, ce qui a servi de base au développement d’un chargement et d’une formulation adaptés au tissu pulmonaire. 4

Ce que les modèles ont montré

L’association entre la sup-tRNA modifiée et les LNP inhalées a permis de restaurer la production de CFTR et une activité de canal associée dans plusieurs systèmes expérimentaux :

• Cellules épithéliales bronchiques humaines : le traitement a favorisé la lecture au-delà du codon d’arrêt prématuré et la production d’une protéine CFTR complète.
• Modèles murins de mucoviscidose : l’administration par inhalation a atteint les poumons et produit une activité prolongée, rapportée jusqu’à environ 40 jours chez la souris. Cette durée observée chez l’animal ne peut pas être extrapolée directement à l’être humain. 16
• Organoïdes dérivés de patients : l’approche a restauré la production de CFTR complète dans un organoïde portant quatre variants de CFTR, dont deux mutations non-sens. 18

Les résultats obtenus dans l’organoïde soulignent aussi une limite importante. La protéine CFTR nouvellement produite avait encore besoin de l’association élexacaftor–tézacaftor–ivacaftor pour atteindre un repliement, un acheminement vers la membrane et une activité de canal optimaux. 13

La logique thérapeutique pourrait donc être, pour certaines mutations, de rétablir d’abord la production de la protéine, puis d’améliorer son fonctionnement avec un modulateur. La sup-tRNA ne remplacerait pas nécessairement les traitements existants.

Une plateforme potentiellement applicable à d’autres maladies

En principe, des tRNA suppressives peuvent être conçues pour reconnaître chacun des trois codons d’arrêt. Cette caractéristique en fait une plateforme visant une classe de mutations, plutôt qu’un seul gène ou une seule maladie.

L’adaptation à d’autres pathologies ne serait toutefois pas automatique. Chaque protéine peut tolérer différemment l’acide aminé inséré au niveau du codon d’arrêt. Une protéine sauvée de la troncation peut aussi rester mal repliée ou nécessiter un médicament stabilisateur.

La délivrance constitue une autre difficulté. Une formulation optimisée pour l’inhalation et les cellules pulmonaires ne fonctionnerait pas nécessairement dans le foie, les muscles, le cerveau ou les reins. Chaque organe pourrait exiger une nanoparticule et une voie d’administration différentes. 34

Les questions de sécurité restent déterminantes

Avant d’envisager un traitement chez l’humain, plusieurs questions devront être résolues :

• La sup-tRNA pourrait-elle provoquer une lecture indésirable de codons d’arrêt normaux ?
• La traduction modifiée pourrait-elle produire des protéines hors cible ou des substitutions d’acides aminés nocives ?
• La formulation resterait-elle sûre et efficace après des inhalations répétées ?
• Se répartirait-elle suffisamment dans les poumons et combien de temps y resterait-elle active ?
• Les nanoparticules lipidiques ou l’ARN pourraient-ils déclencher une inflammation ou une autre réaction immunitaire ?

Des commentaires extérieurs ont notamment fait état d’une inflammation dépendante de la dose chez la souris et des enjeux plus larges de sécurité respiratoire liés aux LNP inhalées. Ces risques devront être évalués avec soin avant de considérer la stratégie comme un traitement établi. 613

L’avancée principale de l’étude tient donc à la combinaison de l’ingénierie chimique de la tRNA et d’une délivrance ciblée vers un organe. En améliorant la lecture au-delà du codon d’arrêt, la stabilité, le chargement en acide aminé et la tolérance immunitaire, tout en dirigeant l’ARN vers les poumons, les chercheurs ont restauré une production et une fonction significatives de CFTR dans des modèles précliniques et dérivés de patients.

L’étape décisive sera désormais de déterminer si cet effet peut être reproduit chez l’être humain de manière sûre, répétée et prévisible — et si certaines mutations de CFTR nécessiteront une association avec des modulateurs pour que la protéine récupérée fonctionne pleinement.