Édition de gènes humains : il était temps de statuer.

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Une réunion d’une importance extrême pour l’humanité toute entière se tient en ce moment à Washington depuis le premier décembre et pour seulement trois jours. Cette assemblée a été organisée presque dans l’urgence par les Académies des Sciences de Chine, de Grande-Bretagne et des USA et l’Académie de Médecine américaine. Des observateurs et intervenants ont été naturellement conviés à ce sommet international qui concerne l’édition des gènes humains, l’International Summit on Human Gene Editing (lien : nam.edu).

Mes lecteurs commencent à être des familiers de l’édition de gènes à l’aide de l’outil CRISPR-cas9 et c’est justement en raison de l’utilisation de cet outil d’édition génique que cette réunion a été organisée dans l’urgence. La dernière fois que des scientifiques de haut niveau se sont réunis sur ce thême c’était en … 1975 quand apparurent les premiers enzymes de restriction appelés aussi endonucléases n’agissant qu’en des points précis ( https://en.wikipedia.org/wiki/Restriction_enzyme ) et qu’il devenait clair qu’on allait pouvoir un jour ou l’autre insérer ou retirer un gène du patrimoine génétique d’un organisme. Tout alla ensuite très vite puisque dans le domaine végétal apparurent les premières plantes génétiquement modifiées et dans le domaine bio-médical la première insuline humaine obtenue par transgenèse put être produite et commercialisée. La tache était ardue, coûteuse et hasardeuse car on ne maitrisait pas les insertions de gènes étrangers dans un organisme.

Depuis le début des années 80 l’évolution de la biologie moléculaire a été tellement spectaculaire qu’on peut parler d’une révolution technologique majeure au même titre que l’invention de l’électricité ou que le développement du nucléaire civil. Tous les domaines de la vie courante sont maintenant concernés par la biologie moléculaire, depuis l’industrie agroalimentaire, la production de lessives, l’industrie textile, la chimie, la production de médicaments de nouvelle génération, de vaccins, d’hormones, bref, la biologie moléculaire a envahi notre société à tous les niveaux et on ne peut plus s’en passer.

L’arrivée du CRISPR dans ce domaine a rendu urgente la mise en place de régulations. Je rappelle à mes lecteurs les billets des 22 février et 12 août 2015 de ce blog et il faut reconnaître également que le succès immense du CRISPR est en grande partie dû aux travaux d’une biologiste française expatriée, le Docteur Emmanuelle Charpentier.

L’objet de cette réunion de Washington est de définir les limites à ne pas franchir dans les manipulations génétiques car tout est en place maintenant pour réaliser de l’eugénisme au niveau moléculaire sur des embryons humains, en effet la boite de Pandore est entre-ouverte et il y a danger. Ce danger se concrétise déjà avec l’émergence d’une multitude de petites sociétés de biologie qu’on appelle en anglais des bio-hackers. Pour l’instant ces « chercheurs » d’un nouveau genre, en marge des laboratoires universitaires, s’amusent à fabriquer des plantes luminescentes ou des bactéries qui fabriquent de la caséine afin de fabriquer du lait totalement synthétique mais ils peuvent tout aussi bien « s’amuser » avec des embryons de souris ou pourquoi pas des embryons humains. La manipulation d’embryons d’animaux de laboratoire est devenue courante, pour ne pas dire banale, pour établir des lignées de souris qui aident par exemple à la compréhension des mécanismes de la maladie d’Alzheimer. La technologie est exactement la même pour les embryons humains. Contrôler les laboratoires de recherche universitaires ou de grandes firmes privées reste encore dans le domaine du possible mais les bio-hackers officiant dans leur garage sur des embryons humains susceptibles d’être viables et pouvant être réimplantés dans un utérus en accord avec un client prêt à payer pour une modification génétique sur son futur enfant, pour qu’il ait les yeux bleus, pourquoi pas, n’est plus du domaine de la science-fiction.

Il était donc urgent de définir des règles applicables à tous. Espérons que cette réunion aboutira rapidement à un résultat législatif incontournable car il en va de l’avenir de l’humanité.

Certes, l’utilisation du CRISPR dont le mécanisme ressemble un peu à la fonction « chercher-remplacer » d’un éditeur de texte (voir l’article du 29 novembre 2015 sur ce blog) peut maîtriser des maladies génétiques handicapantes comme la thalassémie mais la même technique peut aussi créer des monstres. Le premier enfant traité par thérapie génique avec succès est une petite fille souffrant de leucémie aigüe lymphoblastique qui fut traitée avec des cellules souches de moelle génétiquement modifiées pour résister à l’alemtuzumab (voir la note et le lien) en guise de greffe de moelle osseuse. Jennifer Doudna et Emmanuelle Charpentier ont demandé que soit appliqué dans un premier temps un moratoire sur l’utilisation du CRISPR à des fins thérapeutiques en médecine humaine afin d’organiser la législation à l’échelle mondiale car le CRISPR, c’est pour le meilleur mais aussi pour le pire …

Note : L’alemtuzumab ( https://en.wikipedia.org/wiki/Alemtuzumab ) est un anticorps monoclonal recombinant dirigé contre les lymphocytes matures et est utilisé dans le traitement de certains types de leucémies et de lymphomes. Ce produit est commercialisé par Sanofi. Il s’agit d’un médicament dit de « nouvelle génération ».

Sources : The Guardian, Wired, etc. Illustration : plante génétiquement modifiée pour être luminescente, une sorte de vers luisant végétal qui provoqua la fureur des milieux écologistes (crédit AAAS).

L’ « acidité » du sang : une belle application pour combattre le diabète.

La régulation de l’acidité de notre organisme est essentielle pour le bon fonctionnement de la plupart des fonctions métaboliques et cellulaires. Le pH de notre sang oscille entre 7,35 et 7,45 et outre l’effet amortisseur tant des protéines que des sels minéraux présents dans le sang sur cette valeur du pH, il existe un mécanisme qui va corriger toute variation indésirable et nocive pour l’ensemble des organes et leurs fonctions vitales. La régulation du pH est basée sur l’effet amortisseur essentiel du couple CO2 – bicarbonate sur la disponibilité en ions hydrogène, H+, afin de maintenir ce pH, d’aucuns parleront d’acidité, dans les bonnes valeurs. Il existe le cas particulier de l’estomac dont la fonction est de procéder aux premières étapes de la digestion et celles-ci sont d’autant mieux accomplies que le pH est fortement acide puisqu’il atteint 1,5 afin d’assurer le bon fonctionnement des enzymes gastriques. D’une manière générale la bonne valeur du pH sanguin est réglée par deux systèmes qui se complètent, l’élimination du CO2 au niveau des alvéoles pulmonaires lors de la respiration et l’activité d’un enzyme essentiel, l’anhydrase carbonique qui favorise la formation d’acide carbonique en présence de l’eau contenue dans le sang ou inversement libère le CO2 qui sera alors éliminé par les poumons. Enfin, de nombreuses fonctions cellulaires essentielles sont particulièrement sensibles au pH de leur environnement et les cellules sont elles-mêmes équipées pour pallier à toute variation indésirable de l’acidité.

L’une des pathologies les plus connues pour résulter en ce que l’on appelle une acidose chronique est le diabète de type 1. L’absence d’insuline oblige l’organisme à puiser dans les réserves d’acides gras pour produire le glucose nécessaire à toutes les cellules pour leur survie. Ce métabolisme dévié est très dommageable pour l’ensemble de l’organisme car le pH du sang et donc des fluides interstitiels peut chuter jusqu’à une valeur de 7,1 en raison de la production anormale d’acide beta-hydroxybutyrique par le foie lors de la tentative presque désespérée de produire du glucose qui n’est plus utilisé en raison des perturbations métaboliques au niveau cellulaire qu’induit cette acidose. Sans injection rapide d’insuline cette situation peut entrainer un choc métabolique grave pouvant être mortel. Fort heureusement notre organisme, dans les conditions normales, est parfaitement équipé pour éviter ce genre d’ennui et il est totalement inutile de s’imposer des régimes alimentaires particuliers pour maintenir le pH du sang et des autres fluides corporels à leur valeur physiologique normale.

Certaines cellules possèdent des récepteurs, des protéines associées à la membre cellulaire, particulièrement sensibles aux variations du pH. Par exemple certaines terminaisons nerveuses sensorielles sont capables d’apprécier d’infimes variations d’ « acidité » des aliments au niveau des papilles gustatives. Dans le sang, les lymphocytes T sont aussi équipés d’une sorte de récepteur de l’acidité produit du gène appelé TDAG8 qu’on a retrouvé également dans certains neurones suggérant qu’il modulerait les réactions à la douleur. Le promoteur de ce gène a été utilisé comme outil moléculaire pour induire la production d’insuline dans une construction génétique bien précise en fonction des variations du taux de CO2 dans des cultures de cellules. Cette construction schématisée dans la figure suivante tirée de l’article paru dans Molecular Cell et aimablement communiqué par le Docteur Martin Fussenegger, le coordinateur de l’étude réalisée à l’ETH de Zürich (voir DOI en fin de billet).

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La « construction » ayant pour but d’induire une production d’insuline en cas d’acidification du milieu a été introduite dans des cellules à l’aide d’un adénovirus, le vecteur communément utilisé en thérapie génique, et des lignées de cellules génétiquement modifiées ont été obtenues. Elles contiennent donc ce détecteur de pH induisant la production d’insuline (dans la figure « gene of interest »), production sous le contrôle du produit du gène TDAG8 qui réagit aux variations de pH et entraine une signalisation par la cellule pour initier cette production d’insuline. Les cellules ainsi modifiées ont été implantées dans des souris diabétiques sujettes à cette acidose (DKA dans l’illustration pour Diabetic KetoAcidosis) liée à l’absence d’insuline. Et comme on pouvait s’y attendre puisque le système avait préalablement été validé avec des cultures de cellules, les souris ont rapidement, en quelques jours seulement, retrouvé une production d’insuline normale avec une baisse du taux de glucose circulant ainsi qu’une quasi disparition de l’acidose.

Ce travail innovant constitue donc une approche élégante dans le traitement du diabète car la modification des cellules a été réalisée dans le seul but d’utiliser la modification du pH pour déclencher la production d’un gène bien précis, une sorte de « portail logique » intracellulaire artificiellement construit et ultra-sensible aux variations d’acidité induites par le CO2 ou les acides organiques produits en cas de diabète de type 1. Il s’agit en quelque sorte d’une prothèse moléculaire qui a pour but de corriger un défaut métabolique, induit ici par le défaut en insuline.

Source : ETH Zürich et Molecular Cell, DOI: 10.1016/j.molcel.2014.06.007  

Un virus du SIDA « OGM » contre la thalassémie !

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La thalassémie, rien à voir avec l’une des rares émissions de télévision que j’avais l’habitude de regarder le vendredi soir il y a déjà pas mal d’années, est une maladie génétique rare présente dans les pays du pourtour méditerranéen ainsi qu’en Asie. On estime qu’environ 15000 personnes sont affectées par la forme grave de cette maladie dans les pays de l’OCDE. Il s’agit de mutations qui affectent le bon fonctionnement de l’hémoglobine (illustration Wikipedia), inutile de dire que cette maladie perturbe gravement le quotidien de ceux qui ont la malchance d’en hériter. D’une manière générale les personnes thalassémiques doivent se plier périodiquement à des transfusions sanguines enrichies en globules rouges car les mutations du gène codant pour l’hémoglobine rendent ce composant essentiel du sang pratiquement inactif et pour survivre les malades doivent recevoir de donneurs de sang leur lot presque mensuel d’hématies. Il y a un revers à ce traitement palliatif, une surcharge indésirable en fer de l’ensemble de l’organisme que la rate ne peut finalement plus gérer convenablement. Il arrive alors l’inévitable, un désordre complet de l’ensemble des fonctions vitales qui peut être fatal. Et comme les transfusions de poches d’hématies ne sont qu’un pis aller, les biologistes ont imaginé la thérapie génique et pour une fois, qui n’est pas la coutume, ce sont des Français qui se sont les premiers illustré dans cette approche.

Une collaboration entre universitaires parisiens (Paris-Descartes, Paris XI), l’INSERM et les Hôpitaux de Paris a finalement abouti à traiter la thalassémie par thérapie génique. Il y a quelques années un essai clinique avait été tenté mais le malade n’avait pu s’affranchir des perfusions de sang que seulement une année après le traitement. Maintenant c’est la réussite tant attendue en moins de deux semaines après l’injection du virus de la famille des lentivirus, plus précisément le virus du SIDA, le rétrovirus HIV 1, porteur du gène codant pour la chaine beta de l’hémoglobine. Pourquoi utiliser un tel virus pour un usage thérapeutique, pour la simple raison que le HIV incorpore ses informations génétiques dans l’ADN de la cellule hôte. La cible du HIV se trouve être en partie les cellules souches hématopoïétiques de la moelle osseuse d’où dérivent les lymphocytes et les hématies. S’attaquer à la thalassémie par thérapie génique consistait donc à trouver le bon virus pour introduire le gène sain de la chaine beta de l’hémoglobine. C’est la raison pour laquelle le virus du SIDA était considéré comme le candidat idéal pour ce type d’approche thérapeutique d’autant plus qu’il est parfaitement bien connu depuis sa découverte en 1983. Pour rappel, le HIV est un rétrovirus dont le matériel génétique est un acide ribonucléique (ARN) qui va être transcrit en ADN par une réverse-transcriptase spécifique de ce virus et cet ADN s’intègre dans celui de la cellule hôte.

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L’équipe de biologistes et de médecins parisiens a donc introduit dans l’ARN du virus l’information nécessaire pour qu’une fois « infectées » les cellules souches hématopoïétiques expriment une hémoglobine normale. Naturellement le virus lui-même a été modifié afin de n’apporter aucun autre « désagrément » à ces cellules souches comme par exemple l’apparition d’immunodéficience. Dans le cas de la thalassémie, il se développe donc un clone de cellules souches transformées parallèlement aux cellules déficientes en chaine beta de l’hémoglobine et le malade finit par s’affranchir des transfusions mensuelles de sang. Pour les curieux l’illustration ci-dessous décrit la « construction » réalisée afin d’atteindre une thérapie efficace, de la haute couture à l’échelle moléculaire. Je suis incapable de décrire ce que signifie cette illustration mais il faut simplement retenir que la manipulation génétique en question est très complexe puisqu’elle se répartit sur quelques 8500 bases de l’ARN (8,5 kb) du virus qui en compte en tout 9193. Autant dire que le virus n’a plus d’autre fonction que de servir de seringue moléculaire !

Devant ce succès incontestable des derniers essais cliniques réalisés en collaboration avec la société Bluebird Bio basée à Cambridge, Massachusetts et également à Paris, l’exploitation commerciale du procédé mis au point à Paris sera désormais réalisée par la société Bluebird Bio sous le nom de Lentiglobin, une fois la validation par la FDA de ces essais cliniques en cours tant en France qu’aux USA. Le succès récent des derniers essais sur deux patients qui n’avaient plus besoin de transfusion une douzaine de jours après la thérapie génique – constitue un grand espoir dans le traitement durable de la beta thalassémie même si la réponse pourra être variable selon les individus.

Il faut enfin mentionner d’autres approches par thérapie génique utilisant le rétrovirus type HIV pour traiter l’hémophilie et peut-être un jour le diabète d’origine génétique. Plusieurs centaines d’essais cliniques ont d’ors et déjà validé cette technique.

Sources : Nature ( doi:10.1038/nature09328 ) et

http://www.bluebirdbio.com/documents/BBB-factsheetv16.pdf

Thérapie génique et brevets

 

J’avais argumenté dans mon blog des agissements pour le moins contestables de la société Myriad de Salt Lake City dans un précédent article de ce présent blog qui avait tout simplement breveté deux gènes humains dont les mutations accroissaient les risques de cancers notamment du sein : https://jacqueshenry.wordpress.com/2013/04/14/quand-nos-genes-sont-brevetes-sans-que-nous-le-sachions/ . C’était aller un peu trop loin et les plaintes de nombreux particuliers et organismes américains ont conduit la Cour Suprême Américaine à statuer :

 

USA/L’ADN humain ne peut pas être breveté (Cour suprême des Etats-Unis)

Washington (awp/afp) – L’ADN humain est un produit de la nature et ne peut pas être breveté, a tranché jeudi la Cour suprême des Etats-Unis, estimant que seul l’ADN complémentaire, c’est-à-dire synthétisé, pouvait l’être. Une société de biotechnologies avait revendiqué la propriété de deux gènes liés aux cancers de l’ovaire et du sein. Il s’agit en particulier du gène défectueux identifié chez Angelina Jolie, à cause duquel elle a subi une ablation des seins pour prévenir un risque très élevé de cancer. La haute Cour a ainsi tranché dans une intense bataille juridique contre Myriad, une société de biotechnologies qui a déposé neuf brevets pour ces deux gènes qu’elle a isolés dans les années 90 et dont les mutations héréditaires accroissent fortement le risque de développer le cancer du sein ou de l’ovaire. Dans cette décision très attendue pour la recherche génétique, la plus haute juridiction du pays a jugé que « l’ADN produite naturellement est un produit de la nature et n’est pas éligible pour un brevet, simplement parce qu’il a été isolé ». Myriad a « découvert un gène important et nécessaire mais les découvertes aussi révolutionnaires, innovantes et brillantes soient-elles, ne s’appliquent pas en soi » à la loi sur les brevets. En vertu de ce texte, « les lois de la nature, les phénomènes naturels et les idées abstraites sont des outils fondamentaux du travail scientifique et technologique qui n’entrent pas dans le domaine de la protection des brevets ». Mais la haute Cour a permis à certains brevets de Myriad de survivre, ceux sur l’ADN complémentaire, c’est-à-dire copié de l’ADN d’une cellule et artificiellement synthétisé. Elle a jugé que « l’ADN complémentaire peut être breveté car il n’est pas produit naturellement ». Dans ce cas, « le technicien de laboratoire crée sans nul doute quelque chose de nouveau », a écrit le juge Clarence Thomas, dans l’arrêt de la Cour pris à l’unanimité des neuf juges.

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(AWP / 13.06.2013 17h27)

Cette sage décision de la Cour Suprême des USA met donc un terme à une polémique qui n’avait pas lieu d’être. Maintenant, le fait de breveter un gène synthétisé en laboratoire en vue de diagnostics est une autre facette du même débat qui ne devrait pas concerner que l’humain mais également tous les organismes vivants quels qu’ils soient. Cependant, la biologie moléculaire d’aujourd’hui permet d’élucider la totalité du génome de n’importe quelle plante, bactérie ou mammifère en quelques jours. Les données scientifiques ainsi recueillies sont dans le domaine public via le NIH et n’importe quelle séquence spécifique d’ADN peut être reproduite soit à l’aide de machines, soit par génie génétique. Le gène de la toxine du Bacillus thuringiensis utilisé par Monsanto n’est pas en lui-même breveté, la construction ayant permis de l’incorporer comme entité génétique fonctionnelle dans le maïs, le coton ou le soja pour rendre ces cultures résistantes aux ravageurs fait au contraire  l’objet de brevets. De même que les thérapies géniques de plus en plus utilisées dans le cas de certaines maladies dites orphelines elles-mêmes résultant de mutations au niveau de gènes bien identifiés utilisent des copies de gènes le plus souvent intégrés dans un virus, le plus communément utilisé étant un adénovirus qui sert donc de vecteur, et la technologie (le traitement thérapeutique) fait naturellement l’objet d’un brevet. Il s’agit d’une construction intégrant le gène palliant le défaut dans l’ADN du virus qui a tendance à s’intégrer à l’ADN cellulaire et ainsi exprimer la protéine déficiente. Entre parenthèses, un tel traitement par thérapie génique transforme stricto sensu le malade en OGM ! Mais cette fois-ci on peut espérer qu’il n’y aura pas d’imbéciles animés par une idéologie obscurantiste gauchisante pour manifester devant le Ministère de la Santé afin obtenir l’interdiction des thérapies géniques qui peuvent sauver des vies ou au moins améliorer le quotidien des malades. En effet, le traitement de la déficience en lipoprotéine lipase (pancréatite chronique incurable) avec le gène authentique (copié) intégré dans un adénovirus peu immunogène par lui-même a été autorisé par l’instance européenne de la santé (EMA pour European Medicines Agency) et la FDA américaine. On se trouve donc au cœur du problème soulevé par la biologie moléculaire contemporaine et la décision de la Cour Suprême Américaine a donc pris une sage décision. Mais au fait, si on avait injecté avec un adénovirus les gènes authentiques BRCA 1 et 2 à Angelina Jolie, peut-être n’aurait-elle pas eu besoin de se faire enlever les nichons …