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Comment le silençage génique peut apporter des remèdes
La capacité de faire taire sélectivement les gènes grâce à une technique appelée ARN interférence (ARNi) a révolutionné la biologie. Lorsque les chercheurs donnent à une cellule en laboratoire une copie d'ARN double brin d'un gène spécifique, la cellule empêche l'expression de sa copie native de ce gène. Les chercheurs peuvent désormais étudier la fonction de n'importe quel gène en le faisant taire avec l'ARNi, puis en surveillant l'impact des opérations d'une cellule. Des thérapies s'appuyant sur la technique pour lutter contre des maladies telles que la dégénérescence maculaire sont actuellement en essais cliniques (voir Thérapies ARNi en développement ).
L'interférence ARN a été découverte pour la première fois par Andrew Fire et Craig Mello grâce à leurs travaux sur les vers C. elegans, illustrés ci-dessus. (Crédit : James King-Holmes / Bibliothèque de photos scientifiques)
L'ARNi a été observé pour la première fois dans des plantes de pétunia en 1990 par des chercheurs de la DNA Plant Technology Corporation, à Oakland, en Californie, mais à l'époque, ils ne savaient pas comment ni pourquoi cela s'était produit. En 1998, des scientifiques dirigés par André Feu , maintenant professeur de pathologie et de génétique à la Stanford Medical School, et Craig Mello , aujourd'hui professeur de médecine moléculaire à la faculté de médecine de l'Université du Massachusetts, a caractérisé le mécanisme de silençage génique. Leurs expériences méticuleuses sur les vers ont démontré que l'ARN double brin est l'acteur clé. Il y avait beaucoup de phénomènes inexpliqués que nous avons commencé à assembler comme un puzzle qui ressemblait à une histoire purement ARN, dit Fire. La paire a remporté le 2006 Prix Nobel de physiologie ou médecine pour leurs travaux de 1998 sur l'ARNi.
L'ARNi se produit naturellement, dit Fire, et est l'un des outils des cellules pour réguler l'expression des gènes. Le phénomène semble jouer un rôle dans la lutte contre les infections virales et pourrait également être impliqué dans les changements moléculaires qui rendent les cellules cancéreuses. Examen de la technologie s'est entretenu avec Andrew Fire du potentiel de l'ARNi pour la thérapeutique et de ses travaux actuels sur la façon dont le silençage génique est impliqué dans des maladies telles que le cancer.
Examen de la technologie : De manière générale, comment fonctionne l'interférence ARN ?
André Feu : Le mécanisme implique essentiellement la reconnaissance et la réponse. Lorsqu'une cellule voit de l'ARN double brin, sa première réponse est de le découper en morceaux, ce qui est compréhensible étant donné que l'ARN double brin est une structure caractéristique lorsque les virus se répliquent. Si la cellule le voit, c'est une bonne idée de le hacher. Mais la cellule va encore plus loin. Non seulement il veut hacher les trucs, mais il veut aller chercher tout ce qui lui ressemble, au cas où il lui manquerait de l'ARN qui a trouvé le chemin d'être simple brin (la cellule n'a pas un temps reconnaissant l'ARN simple brin nocif). Alors la cellule prend les morceaux d'ARN qui ont été hachés, et elle va chercher des choses qui sont similaires. S'il trouve quelque chose, il le coupe en morceaux. Ce n'est pas seulement qu'il déchire une molécule menaçante, mais il utilise ensuite cette information pour s'attaquer à des choses qui ressemblent à ça, pour s'assurer qu'il ne sera pas victime d'une séquence provenant d'ARN double brin – ARN double brin étant un indicateur pour la cellule qu'une molécule d'ARN se réplique, car c'est à ce moment-là qu'elle passerait par une forme double brin.
Thérapies ARNi en développement
MaladieStade de développementEntrepriseDégénérescence maculaireEntrée dans les essais cliniques de phase II cette annéeSirna, AcuityVirus respiratoire syncytial (Infection pulmonaire)Entrée dans les essais cliniques de phase IIAlnylamHépatite viraleDemande de dépôt pour commencer les essais cliniquesSirnaMaladie de ParkinsonRecherche précliniqueAlnylam
ENFANTS : Pensez-vous que l'interférence ARN est apparue comme un moyen de lutter contre les virus ?
DE : La plupart des gens sur le terrain accepteraient la proposition – par des personnes travaillant dans des usines au départ, pas par nous – qu'il s'agit d'un système antiviral. C'est un peu moins clair dans les systèmes de mammifères, mais je pense que ce sera aussi vrai. L'une des fonctions de l'ensemble du système [ARNi] est antivirale, mais il existe probablement d'autres fonctions également, et nous aimerions en savoir plus sur ces fonctions chez les vers.
ENFANTS : Êtes-vous impliqué dans l'une des startups développant des thérapies par interférence ARN ?
DE : Seulement en tant que pom-pom girl. Je n'ai aucune implication directe, mais je connais un groupe de personnes chez Alynylam, Sirna, Isis et quelques autres entreprises impliquées. J'ai pris plaisir à les regarder. Les personnes impliquées dans ces entreprises ont fait très attention à ce qu'elles disent, car il n'est pas clair si cela fonctionnera l'année prochaine, si le premier essai ou le quinzième essai fonctionnera, combien de fois nous devrons revenir dans le laboratoire pour une cible donnée ou une application de maladie donnée pour vraiment mieux comprendre les choses. Je pense que le côté technique et les financiers sont conscients qu'il doit s'agir d'un projet à long terme qui pourrait porter ses fruits à court terme, mais ce sera probablement quelque chose qui fonctionnera à long terme.
Le principe est très bon. Si vous pouviez envoyer de l'ARN à la cible, vous pourriez avoir des thérapies vraiment cool. Non pas que vous puissiez tout guérir, non pas que tout fonctionnerait parfaitement, mais il y a certaines choses. La livraison est un problème majeur dans tout cela. Il y a du bon travail créatif qui a été fait, mais chaque fois qu'un nouveau système d'administration est inventé, ou même qu'une modification est apportée, cela nécessite ses propres tests cliniques d'efficacité, de sécurité et de spécificité. C'est quelque chose qui fait que le travail par nature n'est pas immédiat. Cela ne veut pas dire que certains des premiers essais en cours ne seront pas couronnés de succès, mais je pense que nous espérons tous qu'il y aura plus à venir.
ENFANTS : Sur quoi travaillez-vous maintenant?
DE : Nous travaillons sur les mécanismes de base du silence dans notre modèle préféré, qui est toujours le ver, et comment ces mécanismes sont régulés et ce qu'ils font pour l'organisme lui-même. [Nous recherchons également] des événements de silençage génique dans la maladie. Il y a des gens ici [à Stanford] qui ont une connaissance énorme des différents détails des tissus normaux et malades, et où nous pourrions rechercher des cas spécifiques où la maladie et le traitement optimal sont en corrélation avec l'engagement du mécanisme de silençage génique. Nous essayons de comprendre dans des cas spécifiques comment [les caractéristiques d'un tissu] sont en corrélation avec l'engagement du mécanisme de silençage génique. Nous sommes impatients d'essayer de trouver des exemples où nous comprenons ce qui se passe et de trouver des cas où nous pouvons guider une thérapie ou guider des décisions [de traitement] intelligentes, pour les tumeurs en particulier, en fonction du caractère moléculaire de certains tissus.
ENFANTS : Pouvez-vous me donner un exemple de maladie dans laquelle le silençage génique est impliqué ?
DE : Le cancer est vraiment l'acteur majeur dans ce domaine. Beaucoup de gènes sont réduits au silence dans le cancer ; c'est connu depuis longtemps. Ceux-ci semblent impliquer des mécanismes dépendants des petits ARN. Certains types de gènes réduits au silence sont impliqués dans le contrôle du cycle cellulaire : si vous faites taire ces gènes, vous vous retrouvez avec des cellules qui peuvent devenir malignes. C'est un phénomène à plusieurs coups; il existe de nombreux changements différents dans les capacités génétiques des cellules qui se produisent dans le cancer. Il semble d'après les résultats préliminaires ailleurs que certains des changements impliquent probablement de petits ARN.
ENFANTS : Vos travaux sur le silençage génique dans les cellules germinales ont-ils des applications dans la recherche sur les cellules souches ?
DE : Les cellules germinales [qui donnent naissance aux spermatozoïdes et aux ovules] semblent avoir besoin de se maintenir en fonction de certains mécanismes intrinsèques similaires aux mécanismes des cellules souches. La machinerie ARNi semble être impliquée dans cela, mais personne ne sait comment cette connexion est établie. Il existe des liens intéressants entre le domaine de la régulation de l'ARN et la recherche sur les cellules souches. Les cellules souches adultes suscitent beaucoup d'intérêt et la manière dont l'ARNi pourrait être utilisée soit pour les comprendre, soit pour commencer à démonter les mécanismes responsables de leur fonction.