Le principal obstacle à un traitement du syndrome de Leigh est la barrière hémato-encéphalique, la protection ultra-sélective du cerveau. L’équipe de Michael Decressac du Grenoble Institut des Neurosciences vient de démontrer que les ultrasons focalisés permettent son ouverture transitoire, rendant le cerveau accessible à une thérapie génique. Une avancée majeure, publiée dans Brain et soutenue par l’AFM-Téléthon, qui pourrait intéresser à termes d’autres pathologies rares. Explications de Michael Decressac.
Aujourd’hui, à quel écueil se heurte une potentielle thérapie génique pour le syndrome de Leigh ?
Michael Decressac : Avant tout à la capacité d’apporter le gène sain à l’ensemble du cerveau. Ce dernier est protégé par la barrière hémato-encéphalique qui empêche notamment l’entrée des virus circulant dans le sang. Elle est extrêmement efficace et c’est très bien… sauf quand on a besoin que les vecteurs viraux de thérapie génique atteignent la totalité du cerveau. Or, cet écueil pourrait être lévé grâce à la technique des ultrasons focalisés (FUS pour focused ultrasound) de basse intensité comme nous venons de le démontrer chez des modèles murins du syndrome de Leigh associé à des mutations du gène nucléaire NDUFS4.
En quoi consiste cette technique des ultrasons focalisés ?
M. D. : Des microbulles sont injectées dans la circulation sanguine. Quand elles arrivent dans une zone sur laquelle sont appliqués des ultrasons, elles « vibrent » et détendent la paroi. La barrière hémato-encéphalique dévient alors momentanément perméable, mais pas à tout. Elle ne laisse passer que de petits éléments comme les virus, et surtout pas les cellules sanguines qui sont heureusement 200 fois plus grosses.
Il a été démontré que cette technique est utilisable pour des vecteurs viraux transportant une séquence codant une protéine fluorescente. Avec nos travaux, une nouvelle étape est franchie. C’est la première preuve de concept de sa faisabilité et de son intérêt pour injecter une thérapie génique ciblant une maladie.
Quels résultats avez-vous obtenus ?
M. D. : Les souris modèles du syndrome de Leigh qui ont reçu le vecteur AAV (pour adeno-associated virus) porteur du gène NDUFS4 sain et les ultrasons focalisés, ont vu une amélioration de la fonction des mitochondries dans le cerveau. Celle-ci est corrélée à un ralentissement de la perte des neurones, notamment des cellules de Purkinje dans le cervelet, ce qui a abouti à une augmentation de la durée de vie des animaux. Elle a été multipliée quasi par trois par rapport aux souriceaux non traités !Par ailleurs, même si notre principal objectif était de traiter le cerveau, nous avons observé que le vecteur a atteint aussi le foie et le cœur où la cardiomyopathie a partiellement diminué. En revanche, il n’a pas corrigé les muscles car il n’y pénètre pas, ni la rétine qui a sa propre barrière et sur laquelle nous n’avons pas appliqué d’ultrasons.
De fait, corriger par thérapie génique le cerveau, le foie et le cœur serait-il suffisant ?
M. D. : Je pense que c’est la triade la plus importante pour le syndrome de Leigh, sachant que traiter le cerveau demeure véritablement central. En effet, dans notre étude précédente avec un vecteur viral qui passe spontanément la barrière hémato-encéphalique, mais qui ne peut pas être utilisé chez l’être humain, nous avons démontré qu’en corrigeant massivement le cerveau, nous obtenions des effets collatéraux positifs. Les souris grossissaient et prenaient du muscle, alors que les muscles n’étaient pas traités. Autrement dit, quand le cerveau va mieux, d’autres organes vont mieux également.
Quelle est votre stratégie pour la suite ?
M. D. : Nous nous concentrons sur la mise à l’échelle des ultrasons focalisés. Aujourd’hui, ils sont évalués chez des malades pour faire pénétrer de grosses molécules afin de traiter des cancers cérébraux. Ils sont aussi envisagés dans la maladie d’Alzheimer. Mais, dans les deux cas, seule une petite partie du cerveau est ciblée. Or, pour le syndrome de Leigh, nous devrons appliquer les ultrasons à la totalité du cerveau. C’est un changement d’échelle inédit et indispensable qui va nous demander notamment d’adapter la technique à des modèles animaux dont le volume du cerveau est proche de celui d’un enfant qui est bien plus gros que celui d’un centimètre cube d’une souris.
Faudra-t-il aussi optimiser la thérapie génique ?
M. D. : Non car nous avons choisi de travailler avec le vecteur mis au point par Martine Barkats à Généthon et qui est utilisé en clinique dans le ZolgenSMA® pour l’amyotrophie spinale, à dessein. Ce vecteur a fait ses preuves pour corriger le cerveau, on en connait ses effets secondaires potentiels et il est validé par les autorités sanitaires. Nous ne partons donc pas de zéro. Dans le même esprit, les ultrasons utilisés sont les mêmes que ceux des échographies classiques, et les microbulles sont des petits sacs de lipides remplis d’un gaz inerte qui sont vite dégradés et parfaitement inoffensifs pour l’organisme. Autrement dit, nous nous sommes mis en situation de n’avoir qu’un seul développement à faire : celui des ultrasons focalisés à grande échelle.
La mise à l’échelle de cette technique pourrait-elle intéresser d’autres thérapies géniques ?
M. D. : Bien sûr et c’est bien l’enjeu de nos travaux. L’injection par intraveineuse des microbulles et du traitement est moins invasive que l’administration d’une thérapie directement dans le cerveau. Par ailleurs, par exemple, même si le vecteur viral du ZolgenSMA® traverse la barrière hémato-encéphalique, assez peu atteint le cerveau. Il faut donc injecter une dose très élevée pour qu’il soit efficace. En appliquant les ultrasons focalisés, on peut diviser la dose optimale par dix, ce qui signifie une moindre toxicité potentielle et une baisse importante du coût du traitement. Enfin, des vecteurs plus efficaces et prometteurs sont à l’étude, mais leur développement clinique va demander encore de nombreuses années. C’est d’ailleurs pour toutes ces raisons que notre approche avec les ultrasons focalisés intéresse l’AFM-Téléthon qui va continuer à nous soutenir.
Propos recueillis par MitoGether
Le syndrome de Leigh, des dizaines de gènes impliqués
Le syndrome de Leigh est la maladie mitochondriale pédiatrique la plus fréquente avec une prévalence estimée à environ une naissance sur 36 000. Son évolution est généralement progressive et sévère, et il n’existe pas encore de traitement curatif.
À ce jour, plus de 113 gènes ont été identifiés comme responsables de cette pathologie. Certains sont localisés dans l’ADN mitochondrial, d’autres dans l’ADN nucléaire dont NDUFS4 qui code l’une des entités du complexe I de la chaîne respiratoire mitochondriale.
Les souris déficientes pour ndufs4, la version murine du gène, reproduisent fidèlement les principaux symptômes de la maladie humaine, notamment l’atteinte cérébrale qui est centrale dans le syndrome de Leigh.
En savoir plus
- Ultrasound-assisted gene therapy mitigates Leigh syndrome pathology. Résumé sur PubMed (en anglais)
- Gene replacement therapy provides benefit in an adult mouse model of Leigh syndrome. Résumé sur PubMed (en anglais)
- Expert Panel Curation of 113 Primary Mitochondrial Disease Genes for the Leigh Syndrome Spectrum. Résumé sur PubMed (en anglais)
- Grenoble Institut des Neurosciences
- Actualité de l’Inserm