Des ARNi (arn interférents)

In a project spearheaded by investigators at UC San Francisco, scientists have devised a new strategy to precisely modify human T cells using the genome-editing system known as CRISPR/Cas9. Because these immune-system cells play important roles in a wide range of diseases, from diabetes to AIDS to cancer, the achievement provides a versatile new tool for research on T cell function, as well as a path toward CRISPR/Cas9-based therapies for many serious health problems.

Using their novel approach, the scientists were able to disable a protein on the T-cell surface called CXCR4, which can be exploited by HIV when the virus infects T cells and causes AIDS. The group also successfully shut down PD-1, a protein that has attracted intense interest in the burgeoning field of cancer immunotherapy, as scientists have shown that using drugs to block PD-1 coaxes T cells to attack tumors.

The CRISPR/Cas9 system has captured the imagination of both scientists and the general public, because it makes it possible to easily and inexpensively edit genetic information in virtually any organism. T cells, which circulate in the blood, are an obvious candidate for medical applications of the technology, as these cells not only stand at the center of many disease processes, but could be easily gathered from patients, edited with CRISPR/Cas9, then returned to the body to exert therapeutic effects.

But in practice, editing T cell genomes with CRISPR/Cas9 has proved surprisingly difficult, said Alexander Marson, PhD, a UCSF Sandler Fellow, and senior and co-corresponding author of the new study. "Genome editing in human T cells has been a notable challenge for the field," Marson said. "So we spent the past year and a half trying to optimize editing in functional T cells. There are a lot of potential therapeutic applications, and we want to make sure we're driving this as hard as we can."

The new work was done under the auspices of the Innovative Genomics Initiative (IGI), a joint UC Berkeley-UCSF program co-directed by Berkeley's Jennifer Doudna, PhD, and Jonathan Weissman, PhD, professor of cellular and molecular pharmacology at UCSF and a Howard Hughes Medical Institute (HHMI) investigator. Marson is an affiliate member of the IGI.

Doudna, professor of chemistry and of cell and molecular biology at Berkeley, and an HHMI investigator, said that the research is a significant step forward in bringing the power of CRISPR/Cas9 editing to human biology and medicine. "It's been great to be part of this exciting collaboration, and I look forward to seeing the insights from this work used to help patients in the future," said Doudna, co-corresponding author of the new paper.

Cas9, an enzyme in the CRISPR system that makes cuts in DNA and allows new genetic sequences to be inserted, has generally been introduced into cells using viruses or circular bits of DNA called plasmids. Then, in a separate step, a genetic construct known as single-guide RNA, which steers Cas9 to the specific spots in DNA where cuts are desired, is also placed into the cells.

Until recently, however, editing human T cells with CRISPR/Cas9 has been inefficient, with only a relatively small percentage of cells being successfully modified. And while scientists have had some success in switching off genes by inserting or deleting random sequences, they have not yet been able to use CRISPR/Cas9 to paste in (or "knock in") specific new sequences to correct mutations in T cells.

As will be reported online in Proceedings of the National Academy of Sciences during the week of July 27, 2015, a team led by first authors Kathrin Schumann, PhD, a postdoctoral fellow in Marson's laboratory, and Steven Lin, PhD, a postdoctoral fellow in the Doudna lab, cracked these problems by streamlining the delivery of Cas9 and single-guide RNA to cells.

In lab dishes, the group assembled Cas9 ribonucleoproteins, or RNPs, which combine the Cas9 protein with single-guide RNA. They then used a method known as electroporation, in which cells are briefly exposed to an electrical field that makes their membranes more permeable, to quickly deliver these RNPs to the interior of the cells.

With these innovations, the researchers successfully edited CXCR4 and PD-1, even knocking in new sequences to replace specific genetic "letters" in these proteins. The group was then able to sort the cells using markers expressed on the cell surface, to help pull out successfully edited cells for research, and eventually for therapeutic use.

"We tried for a long time to introduce Cas9 with plasmids or lentiviruses, and then to express separately the single-guide RNA in the cell," Schumann said. "Using RNPs made outside the cell, so that the cell is responsible for as little of the process as possible, has made a big difference."

Marson stressed that, while recent reports of CRISPR/Cas9 editing of human embryos have stirred up controversy, T cells are created anew in each individual, so modifications would not be passed on to future generations. He hopes that Cas9-based therapies for T cell-related disorders, which include autoimmune diseases as well as immunodeficiencies such as "bubble boy disease," will enter the clinic in the future.

"There's actually well-trodden ground putting modified T cells into patients. There are companies out there already doing it and figuring out the safety profile, so there's increasing clinical infrastructure that we could potentially piggyback on as we work out more details of genome editing," Marson said. "I think CRISPR-edited T cells will eventually go into patients, and it would be wrong not to think about the steps we need to take to get there safely and effectively."


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Dans un projet mené par des chercheurs de l'UC San Francisco, les scientifiques ont mis au point une nouvelle stratégie pour modifier précisément les cellules T humaines en utilisant le système d'édition génome connu comme CRISPR / Cas9. Parce que ces cellules du système immunitaire jouent un rôle important dans un large éventail de maladies, du diabète ou du SIDA et au cancer, la réalisation fournit un nouvel outil polyvalent pour la recherche sur la fonction des cellules T, ainsi qu'un chemin vers des thérapies basées sur Cas9 CRISPR pour de nombreux problèmes de santé graves.

Grâce à leur nouvelle approche, les scientifiques ont réussi à désactiver une protéine à la surface des cellules T appelé CXCR4, qui peut être exploitée par le VIH quand le virus infecte les cellules T et provoque le SIDA. Le groupe a également fermé avec succès PD-1, une protéine qui a suscité un intérêt intense dans le domaine en plein essor de l'immunothérapie du cancer, les scientifiques ont montré que l'utilisation de médicaments pour bloquer PD-1 incite les cellules T à attaquer les tumeurs.

Le système Cas9 CRISPR a capturé l'imagination des deux scientifiques et le grand public, car il permet de modifier facilement et à peu de frais l'information génétique dans pratiquement tout organisme. Les Cellules T, qui circulent dans le sang, sont des candidates évidentes pour les applications médicales de la technologie, que ces cellules se distinguent non seulement au centre de nombreux processus pathologiques, mais pourraient être facilement recueillies auprès de patients, éditées avec CRISPR / Cas9, puis remises dans le corps pour exercer des effets thérapeutiques.

Mais dans la pratique, la modification des génomes de cellules T avec CRISPR / Cas9 a été étonnamment difficile, a déclaré Alexander Marson, PhD, UCSF Sandler Fellow, et auteur principal et co-correspondant de la nouvelle étude. «L'édition du génome dans les cellules T humaines a été un défi notable", a déclaré Marson. «Nous avons donc passé la dernière année et demie en essayant d'optimiser le montage dans les cellules T fonctionnelles. Il y a beaucoup d'applications thérapeutiques potentielles, et nous voulons nous assurer que nous maitrisons la technique aussi surement que nous le pouvons."

Le nouveau travail a été fait sous les auspices de l'Initiative innovante génomique (IGI), un programme UC Berkeley-UCSF co-réalisé par Jennifer Doudna de Berkeley, PhD, et Jonathan Weissman, Ph.D., professeur de pharmacologie cellulaire et moléculaire à l'UCSF et un Howard Hughes Medical Institute (HHMI) investigateur. Marson est un membre affilié de l'IGI.

Doudna, professeur de chimie et de biologie cellulaire et moléculaire à Berkeley, et un enquêteur HHMI, a déclaré que la recherche est une étape importante pour amener la puissance de l'édition CRISPR / Cas9 à la biologie humaine et la médecine. «Ça a été génial de faire partie de cette collaboration passionnante, et je suis impatient de voir les perspectives de ce travail utilisé pour aider les patients à l'avenir», a déclaré Doudna, co-auteur correspondant du nouvel article.

Cas9, une enzyme dans le système de CRISPR qui fait des coupures dans l'ADN et permet de nouvelles séquences génétiques à insérer, est généralement introduit dans les cellules en utilisant des virus ou des morceaux circulaires d'ADN appelés plasmides. Puis, dans une étape séparée, d'une construction génétique connue sous le nom d'ARN de guidage unique, elle dirige Cas9 aux endroits précis où des coupes sont souhaitées dans l'ADN.

Jusqu'à récemment, toutefois, la modification des cellules T humaines avec CRISPR / Cas9 a été inefficace, avec seulement un pourcentage relativement faible de cellules étant modifiées avec succès. Et tandis que les scientifiques ont eu un certain succès dans la désactivation de gènes par l'insertion ou la suppression de séquences aléatoires, ils ne sont pas encore en mesure d'utiliser CRISPR / Cas9 pour coller (ou «knock in») de nouvelles séquences spécifiques pour corriger des mutations dans les cellules T.

Comme il sera rapporté en ligne dans les Actes de l'Académie nationale des sciences au cours de la semaine du 27 Juillet 2015 une équipe dirigée par premiers auteurs Kathrin Schumann, Ph.D., un stagiaire postdoctoral dans le laboratoire de Marson, et Steven Lin, Ph.D., un stagiaire postdoctoral dans le laboratoire Doudna, ont fissuré ces problèmes en rationalisant la prestation des Cas9 et ARN guide unique pour les cellules.

Dans les plats laboratoire, le groupe assemblé ribonucléoprotéines Cas9 ou RNP, qui combinent la protéine Cas9 avec l'ARN de guidage unique. Ils ont ensuite utilisé un procédé connu comme l'électroporation, dans laquelle les cellules sont brièvement exposés à un champ électrique qui rend leur membrane plus perméable, pour livrer rapidement ces RNP à l'intérieur des cellules.

Avec ces innovations, les chercheurs ont modifié avec succès CXCR4 et PD-1, même éditer dans de nouvelles séquences pour remplacer les «lettres» génétiques spécifiques dans ces protéines. Le groupe était alors en mesure de trier les cellules en utilisant des marqueurs exprimés à la surface des cellules, pour aider à tirer sur les cellules modifiées avec succès pour la recherche, et éventuellement pour une utilisation thérapeutique.

"Nous avons essayé pendant longtemps d'introduire Cas9 avec des plasmides ou des lentivirus, puis à exprimer séparément l'ARN guide unique dans la cellule", a déclaré Schumann. «L'utilisation RNP faite en dehors de la cellule, de sorte que la cellule est responsable pour aussi peu du processus que possible, a fait une grande différence."

Marson a souligné que, bien que des rapports récents de l'édition CRISPR / Cas9 d'embryons humains ont soulevé une controverse, les cellules T sont créés à nouveau dans chaque individu, de sorte que les modifications ne seraient pas transmises aux générations futures. Il espère que les thérapies à base de Cas9 pour les troubles liés à des cellules-T, qui comprennent les maladies auto-immunes ainsi que les déficits immunitaires tels que «maladie du garçon bulle" vont entrer dans la clinique à l'avenir.

"Il y a un sol bien foulé pour mettre les lymphocytes T modifiés dans les patients. Il y a des entreprises qui le font déjà et affichent un profil de sécurité, donc il y a de plus en plus d'infrastructures cliniques auxquelles nous pourrions éventuellement nous greffer et sur lesquelles nous travaillons pour plus de détails sur l'édition du génome, », a déclaré Marson. "Je pense que les cellules CRISPR-édité T finiront par aller dans les patients, et il serait injuste de ne pas penser aux mesures que nous devons prendre pour y arriver en toute sécurité et efficacement."

C’est en 2001 que le biologiste allemand Thomas Tuschl a réussi à appliquer pour la première fois dans une cellule de mammifère la technique d’interférence par ARN appelée ARNi. Depuis cette date, cette découverte a ouvert la porte à des traitements ciblés sur certains gènes, en bloquant leur expression sans déclencher la défense naturelle d’interféron de la cellule. Grâce à ces ARNi, il devenait enfin possible de bloquer l’action de certains gènes défectueux sans provoquer la mort de la cellule.

Connu depuis un quart de siècle, ce fascinant mécanisme d’interférence par ARN a d’abord été décrit en 1998 par deux chercheurs Américains, Andrew Fire et Craig Mello, sur les vers caenorhabditis elegans. Leurs travaux leur ont valu le Nobel de médecine en 2006. Mais chez les mammifères, les techniques utilisées à l’époque provoquaient la mort de la cellule et il fallut donc attendre les travaux de Tuschl, sur la mouche drosophile, pour découvrir que les petits ARN interférents (pARNi), recombinés avec les ARN messagers, avaient pour effet de bloquer l’expression de certains gènes, le plus souvent en bloquant la production de protéine.

Comme le souligne Mariola Fotin-Mleczek, biologiste chez CureVac GmbH : "L’ARN messager est une molécule fascinante. Elle semble avoir été conçue par la nature pour servir d’agent thérapeutique et nous fournit un plan de construction pour nos cellules. De ce fait, nous n’avons pas besoin de modifier chimiquement cet ARN. Nous recherchons des éléments naturels que nous allons insérer dans l’ARN afin d’améliorer les propriétés de cette molécule."

En 2014, ces travaux ont remporté le tout premier « Prix Horizon », attribué par l’Union Européenne et récompensant des travaux à l’origine d’avancées majeures dans le domaine de l’innovation scientifique en Europe. Maintenant, ce laboratoire allemand et son Président, Ingmar Hoerr, ont décidé d’appliquer leurs découvertes à la mise au point d’un vaccin contre le cancer de la prostate.

D'autres travaux de recherche associant des chercheurs du CNRS, de l'UVSQ et de l'Inserm au sein du laboratoire END-ICAP , en collaboration avec une équipe de l'Université de Berne, ont démontré le potentiel thérapeutique d'une nouvelle classe d'oligonucléotides de synthèse pour le traitement de la myopathie de Duchenne à l’aide d’ARN. Testée chez la souris, cette nouvelle génération de molécules s’est avérée cliniquement supérieure à toutes celles en cours d'évaluation chez ces malades, notamment au niveau de la récupération des fonctions cardiaque et respiratoire et du système nerveux central.

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est causée par des mutations qui affectent le gène codant pour la dystrophine, une protéine indispensable au bon fonctionnement des cellules musculaires. Cette pathologie très invalidante reste incurable jusqu’à présent. Ces chercheurs travaillent sur l'utilisation thérapeutique de petites séquences d'oligonucléotides antisens (AON), capables de se lier et d'agir spécifiquement sur des ARN messagers, et de permettre la synthèse d'une protéine manquante.

Ces scientifiques ont mis au point de nouveaux nucléotides pour la synthèse des AON : les tricyclo-DNA (tcDNA), qui s'hybrident avec les ARN cibles et vont entraîner l'excision d'un fragment de l'ARN. Cette opération permet d’agir directement sur le gène défectueux et de produire une forme dystrophine fonctionnelle.

Administré par voie intraveineuse pendant trois mois, ce nouveau traitement a permis, chez la souris, d’obtenir une amélioration très significative de la fonction musculaire et surtout des fonctions respiratoire et cardiaque. Les premiers essais chez l'homme devraient commencer dans deux ans et ouvrent un immense champ de recherche et d’espoirs thérapeutiques pour de très nombreuses maladies génétiques, aujourd’hui sans traitements satisfaisants.

Mais une autre approche, dérivée d'un mécanisme de défense bactérien, suscite également de grands espoirs et enthousiasme la communauté scientifique. Il s’agit d’une nouvelle technique de suppression et d'insertion de gènes qui porte le nom abscons de « CRISPR-Cas9 ». Depuis 2013, plusieurs équipes à travers le monde ont montré que cet outil CRISPR-Cas9 était d’une redoutable efficacité pour modifier le génome de nombreux types de cellules, tant chez les bactéries que chez les plantes ou chez les animaux. L’année dernière, cette technique a franchi deux nouvelles étapes importantes : d’une part, elle s’est avérée utilisable sur des primates. Mais surtout, elle a permis de corriger des maladies génétiques in vivo sur des souris.

C’est en 1987 qu’une équipe de recherche japonaise de l’Université d’Osaka, dirigée par Atsuo Nakata, a découvert des séquences d'ADN répétitives dans le génome de bactéries Escherichia coli. Ces scientifiques ont observé que certaines parties de ces séquences étaient constituées de suites identiques des quatre « lettres » constitutives de l'ADN et pouvaient être « lues » dans les deux sens, comme des palindromes.

En 2005, d’autres chercheurs montrèrent que les fragments d'ADN insérés entre ces palindromes sont en fait des séquences d'ADN de virus qui agiraient comme une sorte de système immunitaire, capable non seulement de garder la mémoire d'une agression par un virus ou une séquence d'ADN étrangère, mais également de « reconnaître » cet agresseur s’il essayait d’envahir à nouveau la bactérie.

Ces « CRISPR » fonctionneraient donc comme des espèces de vaccin mais il restait à comprendre leurs mécanismes intimes d’action. C’est une équipe suédoise, dirigée par une chercheuse française, Emmanuelle Charpentier, qui a montré que chaque séquence CRISPR contient de l'ADN viral dont les ARN vont se lier à une enzyme découpeuse d'ADN nommée Cas9. Si cette structure rencontre l'ADN correspondant d'un virus dans la cellule, la Cas9 le coupe en deux. Ce système remarquable permet donc de détecter facilement une séquence d'ADN particulière puis de la découper avec précision.

L’un des atouts majeurs de cet outil CRISPR-Cas9 est la rapidité, liée à la simplicité du système. « La mise au point d'une cible spécifique pour un gène particulier ne prend que deux semaines au plus, contre un à deux mois avec les autres méthodes », souligne Tuan Huy Nguyen, chercheur Inserm au Centre de recherche en transplantation et immunologie (CRTI) de Nantes. Mais il y a plus : l’utilisation de CRISPR-Cas9 coûte également dix fois moins cher que les techniques concurrentes…

En janvier 2013, plusieurs équipes ont annoncé qu’elles avaient réussi à détruire des gènes cibles dans des cellules humaines et depuis, il ne se passe pas de semaine sans que des chercheurs n’annoncent qu’ils sont parvenus à modifier à l’aide de cet outil révolutionnaire des gènes d'organismes variés : bactéries, levures, riz, mouches, nématodes, poissons-zèbres, rongeurs, etc. En outre, certaines recherches actuelles montrent que Cas9 peut permettre, selon la façon dont il est utilisé, de bloquer l’expression du gène cible ou, au contraire, d’activer son fonctionnement.

L’année dernière, cet outil a franchi deux caps importants : tout d’abord, il a montré son efficacité sur des primates. Ensuite, il a fait la preuve de sa capacité à corriger des maladies génétiques sur des souris. Le premier résultat a été présenté il y a un an par Jiahao Sha, de l'Université médicale de Nanjing, en Chine. Son équipe a injecté, dans des embryons de macaques asiatiques constitués d'une seule cellule, cinq ARN guides conçus pour cibler simultanément cinq zones réparties sur trois gènes particuliers, ainsi que le matériel génétique nécessaire à la synthèse de Cas9.

Résultat : chez huit embryons ainsi traités, CRISPR-Cas9 a effectivement déclenché une action sur deux des trois gènes cibles. Les scientifiques chinois ont alors reproduit cette opération sur 86 autres embryons qu'ils ont transférés dans 29 femelles porteuses. Finalement, une seule femelle est arrivée à terme et a donné naissance à des jumeaux chez lesquels CRISPR-Cas9 a également actionné simultanément deux des trois gènes.

"Ce résultat montre que CRISPR-Cas9 pourrait être utilisé pour produire des primates modèles de maladies humaines, ce qui constituerait une avancée majeure en biologie", précise Tuan Huy Nguyen. Fait important, ces chercheurs n'ont constaté aucune mutation sur le reste du génome, ce qui est un signe de bonne augure dans la perspective d’une prochaine utilisation de CRISPR-Cas9 pour corriger des cellules humaines malades in vitro, avant de les réimplanter aux patients.

Autre avancée très prometteuse : en mars 2014, une équipe de l'Institut de technologie du Massachusetts, aux États-Unis, a également démontré le potentiel médical de CRISPR-Cas9 en utilisant cet outil sur des souris pour corriger une maladie génétique incurable du foie, liée à une mauvaise dégradation d’un acide aminé, la tyrosine. Les chercheurs ont injecté à des souris malades trois ARN guides ciblant trois séquences d'ADN liées à la mutation, le gène de la Cas9 et enfin le gène sain.

Le résultat a été spectaculaire puisque les cellules du foie, les hépatocytes, ont correctement incorporé le gène sain à la place du gène déficient. Un mois après ces injections, ces cellules redevenues saines ont commencé à proliférer et à remplacer les cellules malades, pour finalement représenter environ un tiers de tous les hépatocytes, soit une proportion suffisante pour que les souris survivent malgré l'arrêt du médicament qui réduit la production de tyrosine…

En août dernier, d’autres chercheurs de l'Université du Texas, aux États-Unis, ont utilisé CRISPR-Cas9 pour s’attaquer à une autre maladie génétique très grave : la myopathie de Duchenne. Cette pathologie, qui se caractérise par une dégénérescence des muscles, est provoquée par des mutations sur le gène codant la dystrophine, protéine indispensable au bon fonctionnement des fibres musculaires. Ces travaux ont été réalisés sur de jeunes embryons de souris juste après fusion de l'ovule et du spermatozoïde, chez lesquels le gène de la dystrophine avait été muté pour mimer la maladie.

Les chercheurs ont injecté à ces embryons un ARN guide ciblant le gène muté, la Cas9, et un gène destiné à corriger la mutation. Puis les embryons ont été implantés dans des mères porteuses. Celles-ci ont ensuite donné naissance à des souris que les chercheurs ont élevées pendant neuf mois et ils ont pu observer que chez celles dont le taux de cellules correctement corrigées par CRISPR-Cas9 atteignait au moins 40 %, les muscles étaient normaux. « Ces travaux apportent les premières preuves très solides, in vivo, que CRISPR-Cas9 est un outil extraordinaire, capable de corriger efficacement de multiples maladies génétiques », a souligné Tuan Huy Nguyen en commentant ces recherches.

Reste que le chemin qui mène à l’utilisation de CRISPR-Cas9 sur l'homme est encore long car il faudra d’abord s’assurer que cet outil ne provoque pas de lésions dans d'autres régions du génome. Il faudra également apprendre à « doser » l’effet thérapeutique recherché en optimisant la fréquence à laquelle les cellules ciblées sont corrigées.

Il y a un mois, une autre équipe britannique de l'Université de Leeds, dirigée par Peter Stockley, a découvert pour sa part un code génétique qu'utiliseraient de nombreux virus, dont celui de la grippe et de la polio, afin d'infecter leur hôte. D'après leurs recherches (Voir PNAS), ce code est inclus dans l'ARN du virus (acide ribonucléique), qui contient son matériel génétique.

Pour mieux faire comprendre l’importance de leur découverte, ces chercheurs comparent le déchiffrage de ce code à l’épisode fameux de la machine Enigma, utilisée par l'armée allemande pendant la seconde Guerre mondiale pour chiffrer ses communications, et que le génial mathématicien anglais Alan Turing, père de l’informatique et de l’intelligence artificielle, parviendra à déchiffrer à l'aide du premier ordinateur. « Nous avons découvert la machine Enigma des virus à ARN. Non seulement nous pouvons lire ce code mais aussi le bloquer et stopper le déploiement du virus » souligne Peter Stockley.

Pour parvenir à ce résultat, les biologistes de Leeds se sont alliés à des mathématiciens de l'Université de York pour concevoir des algorithmes capables de déchiffrer le code génétique à l'origine de ce processus. Ils ont ensuite utilisé leurs modèles chez le virus de la nécrose du tabac, un virus à ARN qui infecte de nombreuses plantes, et en recourant à la spectroscopie de fluorescence, ils ont pu visualiser en détail le repliement de l'ARN de ce virus et déchiffrer ainsi ce fameux « code secret » des virus. Cette découverte fondamentale pourrait avoir des retombées thérapeutiques considérables pour combattre les virus à ARN qui infectent les humains.

Enfin, il y a quelques jours, Estelle Nicolas et ses collègues de l'équipe de Didier Trouche au Laboratoire de biologie cellulaire et moléculaire du contrôle de la prolifération, ont montré que le maintien de la sénescence dépend d'une nouvelle classe d'ARN non codants, les vlincRNAs, qui sont caractérisés par leur très grande taille, excédant les 50 kilobases.

Le mécanisme biologique fondamental de sénescence cellulaire joue un rôle central dans le vieillissement mais également en matière de cancer car il permet de bloquer la prolifération de cellules potentiellement cancéreuses. Mais ce mécanisme peut s’enrayer pour plusieurs raisons : stress oxydatif, raccourcissement des télomères, altérations de l'ADN ou encore activation d'oncogènes.

Ouvrant un nouveau et passionnant champ de recherche, ces travaux ont montré que l’expression de ces vlincRNA est fortement impliquée dans ce processus de sénescence et que ces très longs ARN non codants jouent probablement un rôle bien plus important que ce qu’on imaginait dans l’ensemble des mécanismes liés au vieillissement et au cancer. En outre, compte tenu de leur taille hors norme, ces ARN peuvent probablement rendre largement compte de la fonction des régions non codantes qui représentent plus de 90 % du génome humain (Voir Nature).

On voit donc à quel point, plus de 60 ans après la découverte de la structure de l’ADN par Watson et Crick, la découverte de la structure et du rôle de l’ARN est en train de provoquer une seconde révolution génétique, sans doute aussi importante que la première. L’ensemble de ces découvertes fondamentales récentes nous montrent également que les avancées majeures dans le domaine des sciences de la vie passent à présent par une quadruple alliance qui unit biologistes, mathématiciens, informaticiens et physiciens. C’est pourquoi il est capital de favoriser, à tous les niveaux de la recherche biologique et médicale, cette transversalité disciplinaire et conceptuelle.

René TRÉGOUËT

There are no effective available treatments for sufferers of Glioblastoma multiforme (GBM), the most aggressive and devastating form of brain tumor. The disease, always fatal, has a survival rate of only 6-18 months.

Now a new Tel Aviv University study may offer hope to the tens of thousands diagnosed with gliomas every year. A pioneer of cancer-busting nanoscale therapeutics, Prof. Dan Peer of TAU's Department of Department of Cell Research and Immunology and Scientific Director of TAU's Center for NanoMedicine has adapted an earlier treatment modality -- one engineered to tackle ovarian cancer tumors -- to target gliomas, with promising results.

Published recently in ACS Nano, the research was initiated by Prof. Zvi R. Cohen, Director of the Neurosurgical Oncology Unit and Vice Chair at the Neurosurgical Department at Sheba Medical Center at Tel Hashomer. The Israeli Cancer Association provided support for this research.

Trying a new approach to gliomas

"I was approached by a neurosurgeon insistent on finding a solution, any solution, to a desperate situation," said Prof. Peer. "Their patients were dying on them, fast, and they had virtually no weapons in their arsenal. Prof. Zvi Cohen heard about my earlier nanoscale research and suggested using it as a basis for a novel mechanism with which to treat gliomas."

Dr. Cohen had acted as the primary investigator in several glioma clinical trials over the last decade, in which new treatments were delivered surgically into gliomas or into the surrounding tissues following tumor removal. "Unfortunately, gene therapy, bacterial toxin therapy, and high-intensity focused ultrasound therapy had all failed as approaches to treat malignant brain tumors," said Dr. Cohen. "I realized that we must think differently. When I heard about Dan's work in the field of nanomedicine and cancer, I knew I found an innovative approach combining nanotechnology and molecular biology to tackle brain cancer."

Dr. Peer's new research is based on a nanoparticle platform, which transports drugs to target sites while minimizing adverse effects on the rest of the body. Prof. Peer devised a localized strategy to deliver RNA genetic interference (RNAi) directly to the tumor site using lipid-based nanoparticles coated with the polysugar hyaluronan (HA) that binds to a receptor expressed specifically on glioma cells. Prof. Peer and his team of researchers tested the therapy in mouse models affected with gliomas and control groups treated with standard forms of chemotherapy. The results were, according to the researchers, astonishing.

"We used a human glioma implanted in mice as our preclinical model," said Prof. Peer. "Then we injected our designed particle with fluorescent dye to monitor its success entering the tumor cells. We were pleased and astonished to find that, a mere three hours later, the particles were situated within the tumor cells."

A safer, more promising approach

Rather than chemotherapy, Prof. Peer's nanoparticles contain nucleic acid with small interference RNAs, which silence the functioning of a key protein involved in cell proliferation. "Cancer cells, always dividing, are regulated by a specific protein," said Prof. Peer. "We thought if we could silence this gene, they would die off. It is a basic, elegant mechanism and much less toxic than chemotherapy. This protein is not expressed in normal cells, so it only works where cells are highly proliferated."

100 days following the treatment of four injections over 30 days, 60 percent of the afflicted mice were still alive. This represents a robust survival rate for mice, whose average life expectancy is only two years. The control mice died 30-34.5 days into treatment.

"This is a proof of concept study which can easily be translated into a novel clinical modality," said Prof. Peer. "While it is in early stages, the data is so promising -- it would be a crime not to pursue it."

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Maintenant, une nouvelle étude de l'Université de Tel-Aviv peut offrir de l'espoir aux dizaines de milliers diagnostiqués avec gliomes chaque année. Un pionnier de la thérapeutique à l'échelle nanométrique, le professeur Dan Peer du département de TAU du Département de recherche sur les cellules et d'immunologie et directeur scientifique du Centre de TAU pour la nanomédecine a adapté une modalité de traitement - une thérapie conçue pour lutter contre les tumeurs cancéreuses de l'ovaire - pour cibler les gliomes, avec des résultats prometteurs.

Publiée récemment dans ACS Nano, la recherche a été lancé par le professeur Zvi R. Cohen, directeur de l'unité de neurochirurgie oncologie et vice-président du Département de neurochirurgie au Centre médical Sheba à Tel Hashomer. L'Association israélienne du cancer a apporté son soutien à cette recherche.

Essayer une nouvelle approche de gliomes

"J'ai été approché par un neurochirurgien pour trouver une solution, toute solution, à une situation désespérée», a déclaré le professeur Peer. «Leurs patients mouraient rapidement, et ils ne avaient pratiquement pas d'armes dans leur arsenal. Le Prof. Zvi Cohen a entendu parler de ma recherche à l'échelle nanométrique plus tôt et a suggéré d'utiliser comme base pour un nouveau mécanisme avec lequel traiter les gliomes."

Le dr Cohen avait agi comme chercheur principal dans plusieurs essais cliniques de gliome de la dernière décennie, dans laquelle de nouveaux traitements ont été livrés chirurgicalement dans les gliomes ou dans les tissus environnants après le retrait de la tumeur. "Malheureusement, la thérapie génique, la thérapie de toxine bactérienne, et focalisés de haute intensité thérapie par ultrasons avait toutes échouées comme approches pour traiter les tumeurs cérébrales malignes," a déclaré le Dr Cohen. «J'ai réalisé que nous devions penser différemment. Quand j' ai entendu parler du travail de Dan dans le domaine de la nanomédecine et le cancer, je savais que je trouvais une approche innovante combinant la nanotechnologie et de la biologie moléculaire pour lutter contre le cancer du ."

La nouvelle recherche du Dr Peer est basé sur une plate-forme de nanoparticules, qui transporte des médicaments pour cibler des sites tout en minimisant les effets négatifs sur le reste du corps. Le professeur a élaboré une stratégie localisée pour fournir de l'arn d'interférence génétique (ARNi) directement au site de la tumeur en utilisant des nanoparticules à base de lipides revêtues du hyaluronane (un polysugar) (HA) qui se lie à un récepteur exprimé spécifiquement sur les cellules de gliome. Le Professeur Peer et son équipe de chercheurs ont testé la thérapie dans les modèles de souris atteints de gliomes et avec des groupes témoins traités avec des formes standards de chimiothérapie. Les résultats ont été, selon les chercheurs, étonnants.

"Nous avons utilisé un gliome humain implanté dans des souris que notre modèle préclinique," a déclaré le professeur pairs. "Puis nous avons injecté notre particule conçu avec un colorant fluorescent pour surveiller son succès et la voir pénétrer dans les cellules tumorales. Nous avons été heureux et étonné de constater que, à peine trois heures plus tard, les particules étaient situées dans les cellules tumorales."

Une approche plus sûre, plus prometteuse

Plutôt que de la chimiothérapie, les nanoparticules du professeur pairs contiennent de l'acide nucléique avec de petits ARN d'interférence, qui annule le fonctionnement d'une protéine clé impliquée dans la prolifération cellulaire. "Les cellules cancéreuses, toujours en train de se diviser, sont régies par une protéine spécifique," a déclaré le professeur pairs. "Nous avons pensé que si nous pouvions faire taire ce gène, elles allaient mourir. C'est un mécanisme élégant et beaucoup moins toxique que la chimiothérapie. Cette protéine n'est pas exprimée dans les cellules normales, de sorte qu'elle ne fonctionne que lorsque les cellules ont fortement proliférées."

100 jours après le traitement de quatre injections sur 30 jours, 60 pour cent des souris atteintes étaient encore en vie. Cela représente un taux de survie robuste pour les souris, dont l'espérance de vie moyenne ne est que de deux ans. Les souris témoins sont mortes en dedans de 30 à 34,5 jours du traitement.

«C'est une étude de preuve de concept de ce qui peut facilement être traduit en une nouvelle modalité clinique», a déclaré le professeur pairs. "Même Si elles sont dans les premiers stades, les données sont si prometteuses que ce serait un crime de ne pas poursuivre.

Une ancienne avenue pour la cellule de fabriquer de l'énergie, le chemin glycolotique, pourrait fourmir une cible surprenante et prometteuse pour des thérapies anti-cancer. Une équipe de Harvard a éliminé une enzyme la LDHA dans une variété de cancer du sein à croissance rapide et a implanté ces cellules cancéreuses dans les souris.


Les animaux de contrôle transportant les tumeurs avec "le chemin glycoltique" ne survivent pas plus que 10 semaines. Dans un contraste surprenant seulement 2 des souris pour qui le "chemin" de l'enzyme avait été suprimé sont mortes, une à 10 semaines et l'autres à 16 semaines.
80% des souris ont survécu les 4 mois de l'expérience.

"C'est une contribution excitante qui révèle un surprenant talon d'Achille des cellules cancéreuses. Ce la ajoute aussi opportunément de nouvelles avenues pour les thérapies contre le cancer" dit Stuart Schrieber



Comme la tumeur croit,les cellules s'accumulent les une sur les autres et peuvent être coupés des vaisseaux qui charrient l'oxygène - c'est un désantage puisque la plupart des cellules en ont besoin pour produire leur volume d'adenosine triphosphate (ATP). En 1920, Otto Warburg a proposé que les cellules cancéreuses pourraient évoluer à cause de leur abilité de se tourner vers le chemin glycolitique qui ne requiert pas d'oxygène.


Ce qui est plus important c'est que les cellules continue à prendre leur énergie de cette façon même lorsque l'oxygène est restauré. Même si l'effet Warburg a été confirmé,le rôle de la glycolyse a largement été ignoré. Très peu de gens ont exploré ces choses dans le but d'obtenir un effet thérapeuthique.



"La LDHA pourrait être un point faible que nous pourrions attaquer. Si nous
arrivons à bien comprendre tous les étapes du processus, nous pourrons alors mettre au point plusieurs stratégies pour attaquer ce même chemin"
dit un chercheur à Merck co.


Ce qui peut susciter l'enthousisame des chercheurs de plus en plus nombreux qui étudient l'effet Warburg et le métabolisme du cancer en général c'est la façon dont l'étude résouds un débat sur comment et pourquoi les cellules prennent le chemin de la glycolyse la première fois.
Warbug a émis l'hypothèse que les cellules cancéreuses adopte la glycolyse parce que les mitochondries ou la synthèse qui produit l'ATP se produit sont défectueux. Mais les mitonchondries des cellules cancéreuses apparaissent en grande partie intacte ce qui a conduit les chercheurs a minimisé l'importance du chemin glycolytique.


Les mitichondries montrent une différence intriguante cependant. Normalement les mitochondries changent le glucose en ATP à travers un processus de phosphorylisation dépendant de l'oxygène (OXPHOS). Ce la résulte en l'expulsion des protons qui affaiblit le potentiel de la membrane mithochodrial. Curieusement, les mitochondries des cellules cancéreuses ont un haut potentiel de la membrane. Les chercheurs présument que c'est parce que les cellules cancéreuses ont changé de moyen de produire l'ATP, nommément la glycolyse. Mais ce n'est pas encore clair si la glycolyse et les mitonchondries agissent réellement de concert.


It appears the two pathways are reciprocally linked. Fantin and her colleagues found that by shutting down the glycolytic pathway (through the knock down of LDHA), they could lower the mitochondrial membrane potential of tumor cells. What is more, oxygen consumption increased in the knockdown cells, suggesting they were reverting to the mitochondrial OXPHOS pathwayÑa kind of Warburg effect in reverse.



"The findings provide us with an insight into a mechanism that had been suspected in the last six or seven decades," said Leder, John Emory Andrus professor and chair of the Department of Genetics at HMS. Knocking out the glycolytic pathway could deliver a big blow to tumor cells.

"LDHA could be one weak point that we could attack but maybe, if we understand exactly all the steps involved, we could devise alternative strategies to attack the same pathway," Fantin said.

What makes the prospect of anti-glycolytic therapies even more attractive is their potential safety.

Healthy cells meet 90 percent of their energy needs through OXPHOS. People who lack the LDHA enzyme appear to function normally though they cannot be pushed toward anaerobic exercise.

"They have muscle destruction because they lack an alternative route for producing energy," Fantin said. It is not clear whether they have a lower indidence of cancer.

Also appealing is the idea of combining anti-glycolytic therapies with anti-angiogenic ones.

"If you have a molecule that is very stable you could think about delivering it first, obliterating the glycolytic pathway," said Fantin. Angiogenesis inhibitors would wipe out blood vessels and the oxygen supply with it, leaving the cells with no way to cope. "There is definite potential to combining these things," she said.


À mesure que je traduis cet article, je me rends compte que l'élimination de la LDHA (une enzyme) pourrait être complémentaire avec les médicaments anti-angiogenèse (comme Avastin) et ça pourrait être rien de moins que la fin des cellules cancéreuses qui n'auraient plus de moyen de se nourrir du tout.

Voici un petit article compliqué qui semble porteur d'espoir cependant. Les interférents d'arn sont une sorte de presque-médicaments d'après ce que je comprends qui pourrait ralentir une substance la lactase desydrogénase qui a l'air mortelle (le nom déja) d'envahir le corps. Ça ralentirait la progression du cancer.



En 1924, le biochimiste Otto Warburg a démontré pour la première fois que les cellules cancéreuses s'orientaient vers la voie anaérobie de la glycolyse.

Depuis, ce phénomène a intrigué de nombreux cancérologues. Ce changement de métabolisme serait motivé par une fréquente hypoxie de la tumeur. Les chercheurs ont donc émis l'hypothèse qu'interférer la voie glycolytique anaérobie des cellules cancéreuses pourrait permettre de traiter les cancers.

Une première confirmation a eu lieu en 1997 lorsque le biologiste Chi Dang de la " John Hopkins Medical Scholl " de Baltimore a démontré que, bloquer la lactate deshydrogénase (LDH-A) permet de ralentir in vitro la croissance des cellules cancéreuses.

Les scientifiques du laboratoire dirigé par Valeria Fantin (" Harvard Medical School " de Boston) ont montré que l'inhibition de la LDH-A ralentit fortement la croissance des cellules cancéreuses (d'un facteur cent). Deux types de cellules cancéreuses ont été implantées chez la souris : des cellules dont la synthèse en LDH-A est affaiblie par RNA interférence et des cellules contrôles. Les souris survivent 2,5 fois plus longtemps lorsque la tumeur est " atténuée ". Les résultats de cette étude ont été publiés dans le journal Cancer Cell.

Cette découverte montre l'une des nombreuses applications potentielles de l'interférence à ARN. Dans la perspective d'essais cliniques, Fantin précise que les effets toxiques devraient être limités car les patients dont la LDH-A est non fonctionnelle sont en bonne santé. Pour sa part Dang souligne que l'on doit trouver un médicament actif uniquement sur la LDH de type A car le type B de cette enzyme est essentiel pour le fonctionnement du coeur.