Overblog
Editer l'article Suivre ce blog Administration + Créer mon blog

À tenter : Les traitements préventif et curatifs naturels de la mucoviscidose et des maladies génétiques, en particulier celles associées à une activité réduite d’une protéine[1]

 

La mucoviscidose est une des maladies génétiques potentiellement graves les plus fréquentes en France et dans les pays occidentaux. Elle touche surtout les fonctions digestives et respiratoires. Ses symptômes invalidants et les complications infectieuses et fonctionnelles qui en découlent impactent l’espérance de vie des patients. La vague d’innovation thérapeutique qui a démarré au début des années 2010 commence toutefois à porter ses fruits, et devrait encore améliorer le pronostic de la maladie dans les prochaines années.

Comprendre la mucoviscidose

La mucoviscidose est une maladie qui touche principalement les poumons, mais aussi le système digestif et reproducteur. D’origine génétique, elle est liée à une anomalie du gène codant pour la protéine CFTR (pour cystic fibrosis transmembrane conductance regulator), porté par le chromosome 7.

La protéine CFTR est présente dans la membrane des cellules de différentes muqueuses : respiratoire, digestive… Elle fonctionne comme un canal qui permet l’échange d’ions chlorures entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule. Lorsque son gène est muté, le canal dysfonctionne. Cette altération se traduit notamment par une diminution de l’eau excrétée au niveau des muqueuses et, en conséquence, par une inflammation et un épaississement du mucus qui la recouvre. Ce phénomène entraîne l’apparition des symptômes habituels de la mucoviscidose.

La maladie est dite autosomique (liée à l’altération d’un chromosome non sexuel) et récessive : elle ne s’exprime que chez les personnes qui portent deux copies du gène CFTR mutée, une sur chacun de leur chromosome 7.

Une des maladies génétiques létales les plus fréquentes

On estime qu’environ 200 enfants atteints de mucoviscidose naissent chaque année en France, soit en moyenne 1 sur 4 500 nouveau-nés, avec une forte disparité régionale due aux socles génétiques locaux : la maladie concerne ainsi 1 enfant sur 3 000 en Bretagne, contre 1 sur 7 à 8 000 en Languedoc-Roussillon. Par ailleurs, les populations d’origine européenne sont plus fréquemment concernées que celles d’origine africaine ou asiatique. La France compterait 6 000 patients.

Aujourd’hui, grâce aux progrès de la recherche et à l’amélioration de la prise en charge de cette maladie, l’espérance de vie moyenne d’un patient est comprise entre 40 et 50 ans, alors qu’elle n’était que de 5 ans dans les années 1960.

Un gène CFTR extrêmement instable

Le gène CFTR peut être porteur de nombreuses mutations : près de 2 000 altérations différentes de ce gène ont été rapportées dans la littérature scientifique, à ce jour. Un lien de causalité entre près de 400 de ces mutations et la physiopathologie de la mucoviscidose a d’ores et déjà été démontré. Il est apparu que ces différentes anomalies génétiques ont des conséquences variées sur la fonctionnalité de la protéine CFTR : certaines vont limiter sa synthèse, d’autres sa fonctionnalité, son positionnement membranaire ou sa stabilité.

Ces mutations sont catégorisées selon leur nature et leurs conséquences fonctionnelles:

  • Les mutations de classe 1 conduisent à une absence d’expression cellulaire de la protéine CFTR.
  • Les mutations de classe 2 correspondent à des anomalies de repliement de la protéine ou de sa circulation intracellulaire.
  • Les mutations de classe 3 correspondent à des mutations « faux-sens », qui empêchent la liaison de l’ATP à la protéine, et donc l’ouverture et le fonctionnement normal du canal CFTR.
  • Les mutations de classe 4 sont des mutations qui perturbent directement la fonction canal de la protéine CFTR.
  • Les mutations de classe 5 engendre une diminution de la disponibilité de la protéine CFTR au niveau de la membrane.

Présente chez environ 70% des malades, la mutation de classe 2 Delta F508 est la plus fréquente. Elle expose les personnes touchées à une forme relativement sévère de la maladie.

Par ailleurs, il est aujourd’hui démontré que des gènes modificateurs, qui codent pour des protéines interagissant avec le canal CFTR, peuvent aussi influencer l’expression de la maladie. Ils permettent notamment d’expliquer pourquoi deux patients qui ont le même profil génotypique ne présentent pas la même expression de la maladie.

Des symptômes respiratoires et digestifs prédominants

La mucoviscidose est une maladie qui se manifeste le plus souvent dès la naissance ou les premiers mois de vie. Elle touche principalement la fonction respiratoire et digestive.

Au niveau pulmonaire, l’épaississement du mucus encombre les bronches et entraîne en premier lieu une toux chronique, ainsi qu’une gêne et une diminution de la fonction respiratoire. Celle-ci conduit progressivement à une bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) puis, à terme, une insuffisance respiratoire. L’encombrement des bronches fait également le lit d’infections bactériennes fréquentes et spécifiques par Staphylococcus aureus (staphylocoque doré), Haemophilus influenzae ou encore Pseudomonas aeruginosa. Enfin, d’autres complications respiratoires peuvent se développer avec le temps, comme des atélectasies (affaissement des alvéoles pulmonaires sur elles-mêmes) ou un pneumothorax (affection de la plèvre, c’est-à-dire de la membrane qui tapisse la paroi interne du thorax et enveloppe les poumons.). Au niveau des voies respiratoires hautes, les sinusites chroniques sont extrêmement fréquentes.

Sur le plan digestif, l’hyperviscosité des sécrétions pancréatiques ne permet pas aux enzymes qu’elles contiennent d’être déversées dans l’intestin. Elles restent stockées, altérant le tissu pancréatique lui-même. Ainsi, près de 85% des patients touchés par la mucoviscidose ont une atteinte du pancréas (fibrose, c’est-à-dire remplacement de tissus sains par des tissus cicatriciels, puis insuffisance pancréatique). Seuls les porteurs d’une ou deux mutations peu sévères peuvent espérer conserver la fonctionnalité de leur pancréas au-delà de l’âge adulte. L’altération du pancréas peut en outre, à terme, aboutir à un défaut de sécrétion d’insuline et conduire au développement d’un diabète. Par ailleurs, les enzymes pancréatiques jouant un rôle déterminant dans la digestion, les patients atteints de mucoviscidose souffrent d’une malabsorption des graisses, et parfois des nutriments (substance alimentaire qui n’a pas besoin de subir de transformations digestives pour être assimilée par l’organisme) et des vitamines. L’atteinte digestive peut aussi se traduire par des stases (arrêt du transit), des alternances diarrhées/constipation, des douleurs abdominales, voire une atteinte du foie ou des voies biliaires.

Des troubles de la densité minérale osseuse, avec un risque d’ostéopénie ou d’ostéoporose, sont aussi retrouvés chez certains patients adultes.

Les hommes atteints de la maladie sont généralement stériles : les canaux déférents qui permettent d’évacuer les spermatozoïdes des testicules sont en effet obstrués in utero par un bouchon muqueux, provoquant leur involution. De la même façon les femmes sont souvent moins fertiles, notamment du fait de l’épaississement de la glaire cervicale.

Un diagnostic systématisé

Dans l’immense majorité des cas, la maladie est diagnostiquée dès la naissance de l’enfant, grâce à la démarche de dépistage systématique implantée dans toutes les maternités de France depuis 2002. Seuls quelques rares cas de mucoviscidose modérée ne seront identifiés qu’à un âge plus avancé, voire adulte.

Le dépistage systématique se déroule en deux temps : le premier consiste à doser la trypsine immunoréactive dans le sang des nouveau-nés au troisième jour de vie, à partir de quelques gouttes de sang prélevées par une piqûre au talon. Cette molécule est une enzyme pancréatique dont le passage dans le sang est favorisé par l’obstruction in utero des canaux pancréatiques par du mucus. Un taux élevé est associé à un risque élevé de mucoviscidose. Pour les enfants concernés, la présence d’une mutation affectant le gène CFTR est recherchée dans un deuxième temps.

Une analyse génétique par PCR (pour Polymerase Chain Reaction. La réaction en chaîne par polymérase permet de copier en un grand nombre d'exemplaires des séquences d'ADN à partir d'une faible quantité d'acide nucléique au départ (ou présente)) est d’abord utilisée pour rechercher une trentaine de mutations parmi les plus fréquentes. Si aucune mutation n’est identifiée par cette méthode, un « séquençage nouvelle génération » (NGS) est réalisé. Il permet de connaître précisément la séquence des deux copies du gène CFTR du patient, et de poser le diagnostic de mucoviscidose le cas échéant.

Un test biologique complémentaire est systématiquement réalisé. Ce test dit « de la sueur » permet de doser les ions chlorures après avoir favorisé la sudation du patient. Leur taux est anormalement élevé chez les malades atteints de mucoviscidose. Il est aussi utilisé chez les enfants ou adultes qui n’ont pas bénéficié du dépistage néonatal.

Les couples dans lesquels existe une personne malade et ceux qui ont déjà un enfant atteint de mucoviscidose bénéficient d’un conseil génétique. Ces rendez-vous sont notamment l’occasion de proposer une enquête génétique familiale, étendue « en cascade » aux frères et sœurs. Ce travail permet d’identifier les porteurs sains de la famille : si les deux futurs parents sont concernés, ils pourront bénéficier, s’ils le souhaitent, d’un diagnostic prénatal.

Enfin, lors du suivi échographique des femmes enceintes, l’observation d’un intestin hyperéchogène peut être le signe d’un bouchon muqueux intestinal provoqué par la maladie. Dans ce cas, une analyse génétique est conduite chez parents à la recherche de mutations CFTR.

Une prise en charge très spécialisée

Dès l’établissement du diagnostic, les personnes atteintes de mucoviscidose sont suivies au sein de centres de soins spécialisés, les Centres de ressources et de compétences de la mucoviscidose (CRCM). Le traitement qui leur est proposé a longtemps été symptomatique, afin de réduire les manifestations de la maladie et leurs complications.

Le traitement symptomatique qui constituait auparavant la prise en charge de référence reste cependant nécessaire pour les 10 à 15% de malades porteurs d’une mutation rare qui ne répond pas aux nouveaux médicaments, ou pour ceux qui y sont intolérants. Dans ce cas, leur prise en charge repose sur l’utilisation de mucolytiques et de fluidifiants bronchiques, associée à des séances régulières de kinésithérapie qui améliorent l’expectoration bronchique. La recherche d’infections bactériennes à risque respiratoire est réalisée de façon périodique.

En cas d’insuffisance respiratoire terminale, une oxygénothérapie (apport supplémentaire en oxygène, par bouteilles ou concentrateurs d'oxygène. devient nécessaire. Une greffe pulmonaire peut aussi être envisagée en dernier recours.

Afin de traiter les manifestations extrapulmonaires, des traitements anti-inflammatoires, des extraits pancréatiques, des vitamines et supplémentations caloriques sont également prescrits.

Les enjeux des traitements

Depuis la découverte du gène défectueux CFTR, en 1989, les efforts de recherche se sont accentués. La diversité des mutations de ce gène et celle de leurs conséquences expliquent la difficulté à développer des traitements curatifs. L’amélioration de l’espérance de vie des personnes malades qui a été obtenue depuis une trentaine d’années a uniquement reposé sur l’ensemble des soins préventifs et symptomatiques qui leurs sont prodigués dès le plus jeune âge. Cependant, des traitements qui rétablissent en partie la fonction assurée par le gène CFTR devraient conduire à une véritable évolution de l’espérance de vie des patients.

Le premier traitement, que l’on peut qualifier de thérapie protéique, vient activer la protéine qui dysfonctionne chez les malades
Le premier traitement, que l’on peut qualifier de thérapie protéique, vient  activer la protéine CFTR qui dysfonctionne, à cause d'une activité réduite, chez les malades de la mucoviscidose[2], dans le cas où l’activité de la protéine augmente avec un apport supplémentaire du cofacteur. La solution consiste alors à assurer un apport supplémentaire suffisant pour optimiser l'activité de la protéine.

PERSPECTIVES

Jean-Loup Faulon est directeur de recherche, responsable de l'équipe Bio-RetroSynth à l'Institut Micalis[3] de l'Institut national de la recherche agronomique (INRA), et professeur en biologie de synthèse au département de chimie de l'Université de Manchester (Royaume-uni). Il est responsable du master biologie des systèmes et de synthèse de l'Université Paris-Saclay et a développé avec son équipe des méthodes de rétrosynthèse pour concevoir et mettre en œuvre des voies de biosynthèse et biodégradation dans le cadre de l'ingénierie métabolique et de l'ingénierie de biosenseurs cellulaires et acellulaire.

Jean-Loup Faulon a montré[4] que l’apprentissage automatique était utile dans les méthodes de rétrosynthèse telles qu'appliquées en biologie, pour la recherche des séquences enzymatiques, mais aussi pour les prédictions de toxicité et le classement des voies de synthèses.

Les techniques mathématiques utilisées par les méthodes d'apprentissage automatique sont complexes et nous n'allons pas les exposer. On peut utiliser plusieurs techniques d'apprentissage automatique : machine à vecteurs de support, forêt aléatoire ou processus gaussien.

L’étape suivante est le développement d’un apprentissage actif où le cycle construction, mesure, apprentissage est itéré une première fois, puis relancé avec les mesures obtenues à la première itération.

Finalement, pourquoi ne pas utiliser ces méthodes d'apprentissage pour faire directement de l'ingénierie de génome, pour rechercher par exemple automatiquement les niveaux d'expression de gènes, ce qui permettrait l'optimisation de l'activité des protéines produites, le plus souvent des enzymes, lorsqu'elles ont une activité réduite et que cette activité pourrait être augmentée par un apport supplémentaire de cofacteurs, ou lorsqu'elles sont produites par des gènes surexprimés (par exemple dans le cas des trisomies), par la quantification de l'apport approprié en cofacteurs ?

Le deuxième traitement consiste non pas à modifier le gène, mais à corriger l’ARNm produit à partir du gène muté

Historiquement,  la première idée qui a émergé pour parvenir au traitement de la mucoviscidose a été de corriger les anomalies génétiques qui en sont responsables.

Une autre approche à tenter consiste non pas à modifier le gène mais à corriger l’ARNm produit à partir du gène muté, qui, en conséquence, transporte également l’anomalie génétique, ceci avant, chez les deux parents, et au cours de la grossesse ou après la naissance.

Les rôles de surveillance et de régulation de la lysidine sont primordiaux dans les maladies génétiques pour garantir une meilleure traduction à l'ARN de transfert et assurer le cours normal de la vie cellulaire.

L’ARNt, aux sources du code génétique[5]

Les acides ribonucléiques de transfert, ou ARN de transfert ou ARNt sont des acteurs clés dans la traduction du message génétique et dans la lecture du code génétique. Leur fonction dans la cellule est d'assurer la correspondance entre l'information génétique portée par l'ARN messager (ARNm) et les acides aminés contenus dans la protéine codée par cet ARN messager.

Les ARNt sont des acides ribonucléiques simple brin (c’est-à-dire une seule chaîne polynucléotidique), longs d'environ 70 à 80 nucléotides, que l'on trouve dans le cytoplasme ou dans les organites des cellules vivantes. Ce sont des ARN non codants, transcrits à partir de gènes codés dans le génome. Ils se replient pour adopter une structure complexe qui, en deux dimensions, s'organise en « feuille de trèfle ».

Les ARNt portent l'un des 20 acides aminés attaché par une liaison ester à leur extrémité 3'-OH (β sur la figure 1) et transportent celui-ci au ribosome. Lorsqu'ils sont ainsi porteurs d'un acide aminé, on dit que ce sont des aminoacyl-ARNt. Il y a 20 acides aminés canoniques dans le code génétique, et il existe 20 familles d'ARNt ayant la capacité d'accepter un même acide aminé, appelées ARNt isoaccepteurs.

Les ARNt sont ainsi constitués de cinq régions:

  • la tige acceptrice (bêta), située à une extrémité de la molécule, sur laquelle l'acide aminé correspondant à l'ARNt est estérifié,
  • la tige-boucle de l'anticodon (A), située à l’autre extrémité de la molécule, qui reconnaît et s'associe aux codons de l'ARN messager,
  • le bras du D
  • le bras du T
  • la région variable (gamma), qui peut avoir des tailles variables selon les types d'ARNt.

La tige supérieure, qui porte les extrémités 5' et 3' s'appelle le bras accepteur, car c'est lui qui porte (accepte) l'acide aminé.

Figure 1 : Schéma de l'ARNt : α, anticodon (3 nucléotides) ; β, site de fixation de l'acide aminé ; γ, boucle variable ; δ, branche D ; τ, branche T ; A, boucle de l'anticodon ; D, boucle D ; T, boucle T

Dans la boucle située à l'autre extrémité de la molécule se trouve une séquence de trois nucléotides, spécifique de l'acide aminé, appelée l'anticodon. L'anticodon s'apparie au codon sur l'ARN messager assurant ainsi la correspondance entre codon et acide aminé, conformément au code génétique.

Codon, anticodon et décodage

Lors du processus de traduction, les trois bases de l'anticodon de l'ARNt s'apparient au codon de l'ARNm. L'interaction entre le premier nucléotide de l'anticodon et le troisième nucléotide du codon est souvent un appariement non-canonique, appelé paire wobble ou « bancale », différente d'un appariement Watson-Crick classique (A-U ou G-C). Cet appariement implique parfois un nucléotide modifié de l'ARNt.

Ces appariements wobble permettent de réduire le nombre d'ARNt nécessaires à la traduction du code génétique, en autorisant la lecture de différents codons synonymes par un seul et même ARNt. Ainsi, l'ARNt spécifique de l'isoleucine chez la souris a un anticodon IAU, où I est une inosine qui peut s'apparier aux trois codons AUU, AUC et AUA, en formant des paires I-U, I-C et I-A.

Mécanisme d’action de la lysidine, un nucléoside dérivé de la cytidine comportant un résidu lysine[6]

La lysidine est un nucléoside rare qu'on trouve essentiellement dans les ARNt. C'est un dérivé de la cytidine dans lequel le carbonyle est remplacé par un résidu de lysine, un acide α-aminé.

Le troisième nucléoside de l'anticodon de l'ARNt d'isoleucine subit ainsi une modification post-transcriptionnelle convertissant la cytidine en lysidine, ce qui a pour effet de remplacer un nucléoside formant une paire avec la guanosine par un nucléoside formant une paire avec l'adénosine. Si de l'uridine se trouvait dans cette position, elle pourrait s'apparier avec la guanosine autant qu'avec l'adénosine par wobble pairing (appariement bancal) ; la présence de lysidine à cet endroit garantit donc une meilleure fidélité traductionnelle à cet ARNt.

Schéma : Paire de bases formée par la lysidine et l'adénosine (en bas) comparée à celle formée par la cytidine et la guanosine.

Une hypothèse expliquant le rôle de la lysidine

La lysidine serait chargée de minimiser les « modifications-erreurs » lors de la traduction des messages génétiques des gènes et dans la lecture du code génétique.

D’où la nécessité de consommer tous les jours des aliments contenant de la lysine (pain moelleux d’engrain ou Petit épeautre, thon, poulet, etc.).

Grâce à ces traitements seuls ou en association, il est possible qu’une amélioration du pronostic de la maladie puisse être observée, à moyen terme, pour les personnes souffrant de mucoviscidose ou d’une maladie génétique, en particulier celles associées à une activité réduite d’une protéine.

 

Partager cet article
Repost0
Pour être informé des derniers articles, inscrivez vous :