THÉRAPIE GÉNIQUE des surdités humaines : défis et promesses

Durant les vingt dernières années, des progrès considérables ont été accomplis dans la compréhension de la pathogénie des diverses formes de surdités, congénitales ou acquises. L’identification de gènes responsables de surdité chez l’homme, l’ingénierie et la caractérisation fonctionnelle de modèles murins de certaines formes de surdité humaine ont également fait progresser la physiologie moléculaire des cellules sensorielles auditives. Ces avancées ont ouvert la voie au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques, alternatives aux prothèses conventionnelles (amplificateurs du son) ou aux implants cochléaires permettant d’améliorer la fonction auditive. Ainsi, deux grandes voies de recherche ont été développées pour tenter de restaurer par thérapie génique l’audition dans le cadre de surdités causées par des cellules ciliées défectueuses : la régénération des cellules ciliées pour les surdités acquises, et l’introduction d’un gène thérapeutique pour corriger les surdités génétiques.

La cochlée de souris, un modèle expérimental de choix

Les récents succès de la thérapie génique dans le traitement de certaines formes de cécité ont fait naître l’espoir qu’une telle stratégie puisse également constituer une alternative thérapeutique pour restaurer l’audition chez les malentendants. Cette thérapie repose sur le transfert de matériel génétique, un transgène, dans les cellules déficientes pour obtenir un effet thérapeutique transitoire ou permanent. Une telle approche offre la possibilité de manipuler les gènes dans les cellules cibles, soit en empêchant l’expression d’un allèle muté qui exerce un effet dominant négatif, soit en rétablissant l’expression d’un gène défectueux. Elle pourrait être également utilisée pour atténuer les effets délétères des traumatismes acoustiques, voire pour la survie ou la réparation de cellules endommagées ou défectueuses dans l’oreille interne. La cochlée se prête particulièrement bien à la thérapie génique pour deux raisons principales :

  • il s’agit d’un organe relativement bien isolé du reste de l’organisme, ce qui limite la diffusion systémique de l’agent thérapeutique administré (virus, nucléotides) ;
  • elle est remplie de liquides (endolymphe et périlymphe), ce qui favorise la dissémination locale des agents thérapeutiques à un grand nombre de cellules cibles

Actuellement, les recherches sont centrées sur les techniques à utiliser pour une meilleure efficacité de transfert des gènes aux cellules de la cochlée, et des applications spécifiques, telles que la régénération et la protection des cellules ciliées. Bien que la petite taille de sa cochlée complique la chirurgie et même l’obtention d’explants de l’organe de Corti à des fins expérimentales, la souris est actuellement l’animal de choix pour explorer les possibilités de la thérapie génique des surdités humaines. En effet, le génome de souris est entièrement séquencé, et les modèles murins naturels ou obtenus par ingénierie génétique reproduisent en général fidèlement les formes de surdité humaines correspondantes, ce qui a permis dans la plupart des cas de préciser le rôle des gènes de surdité identifiés. De plus, la durée de vie de la souris permet à la fois d’évaluer le rôle joué par l’environnement, notamment sonore, dans l’évolution de la surdité, et d’apprécier l’efficacité d’un traitement à long terme.

Le choix du vecteur permet un ciblage cellulaire précis du transgène thérapeutique

Dans la thérapie génique, un gène est transféré à des cellules déficientes par l’intermédiaire de transporteurs viraux ou de cargos de membranes artificielles capables d’atteindre et de pénétrer la cellule cible. Le vecteur est choisi en fonction de l’objectif thérapeutique recherché, des cellules à atteindre et du gène à transférer. Par ailleurs, l’utilisation d’un promoteur spécifique ou de vecteurs viraux particuliers permet de contrôler l’expression spatio-temporelle du gène transféré.

Le vecteur viral qui a rapidement retenu l’attention pour le transfert de gènes dans l’oreille interne est l’AAV (adeno-associated virus), du fait de la simplicité de son génome et des nombreux sérotypes et variants génomiques disponibles. Ce vecteur, non pathogène et peu immunogène, permet une expression du transgène stable dans le temps. Il est capable d’infecter des cellules qui ne se divisent plus, (ce qui est le cas des cellules sensorielles de la cochlée). Il persiste de façon prolongée sous forme épisomale (extrachromosomique) et a un faible risque d’intégration dans le génome. Enfin, son utilisation a été récemment approuvée par l’Agence européenne des médicaments (EMA) pour le traitement d’une maladie génétique rare, le déficit en lipoprotéine lipase1. À ce jour, 12 sérotypes d’AAV ont été décrits et classés (AAV1 à -12), et plus de 100 variants ont été isolés. Chaque sérotype possède un tropisme préférentiel, offrant ainsi la possibilité d’un meilleur ciblage cellulaire du transgène.

Des virus hybrides ou pseudotypés, où le génome et la capside sont de sérotypes différents, ont été également construits pour augmenter l’efficacité de la transfection (cf. figure 2).

De nouvelles techniques d’administration pour éviter la cochléostomie

Des avancées significatives ont été obtenues concernant la voie d’administration dans la cochlée. Ainsi, le traitement de la membrane de la fenêtre ronde par collagénase ou par acide hyaluronique permet d’augmenter l’expression du transgène et la proportion des cellules ciliées transfectées. Néanmoins, pour un meilleur contrôle de l’expression spatiotemporelle et de la quantité d’agent thérapeutique transférée, une injection directe dans la cochlée reste l’approche la plus efficace. Nous avons observé que la microinjection intracochléaire d’AAV à travers la membrane de la fenêtre ronde de souriceaux âgés de deux jours n’affecte pas la morphologie de la cochlée (Meyer et al, résultats non publiés). Contrairement à ce qui a été décrit chez les souris injectées au stade adulte, les seuils auditifs enregistrés au niveau de l’oreille au-delà de la deuxième semaine postopératoire chez les animaux injectés au stade précoce sont comparables à ceux de l’oreille témoin, suggérant que la chirurgie et l’injection du vecteur AAV n’interfèrent guère avec le processus de maturation du système auditif et la fonction cochléaire.

Ces résultats sont très encourageants pour développer des approches thérapeutiques applicables en clinique, avec une bonne préservation de la fonction auditive. En effet, cette approche pourrait être une alternative à la cochléostomie, plus difficile à réaliser et moins attrayante, car elle peut provoquer des lésions de la cochlée avec une perte significative de cellules sensorielles auditives.

Surdités acquises : vers la piste de la régénération des cellules ciliées

À la naissance, nous possédons un capital d’environ 30 000 cellules sensorielles auditives, sans aucune capacité de régénération spontanée. Ainsi, les pertes auditives les plus fréquentes, qui sont dues à une dégénérescence des cellules sensorielles, sont irréversibles. Une voie thérapeutique de réparation cellulaire par transfert de gènes est devenue envisageable grâce à une meilleure connaissance des gènes contrôlant le développement et la régénération des cellules ciliées. Le gène Atoh1 (atonal homolog 1) (Math1 chez la souris) a été l’une des premières cibles des stratégies de régénération de ces cellules. Ce gène code pour un facteur de transcription qui induit la différenciation de cellules ciliées à partir des cellules de soutien de l’organe de Corti. Il a été montré que l’expression du transgène Math1 véhiculé par un adénovirus induisait une régénération des cellules ciliées par transdifférenciation des cellules de soutien, permettant une récupération partielle de l’audition chez des animaux (souris et cobayes) rendus sourds.

La thérapie par régénération cellulaire fait l’objet de nombreux travaux, car elle est potentiellement applicable à la plupart des formes de perte auditive, notamment à la presbyacousie, ainsi qu’aux surdités consécutives à un traumatisme acoustique, à une infection ou à un traitement médicamenteux ototoxique (aminoglycosides, cisplatine). Cependant, cette approche n’est en principe pas applicable aux surdités génétiques, car les nouvelles cellules sensorielles induites par Math1 subiront encore l’effet de la mutation génétique qui a conduit à leur dégénérescence. Ainsi, le remplacement du gène défectueux, avec une expression durable dans le temps, est nécessaire pour corriger les surdités héréditaires.

LES DIFFÉRENTS TYPES DE SURDITÉ

La surdité est le déficit sensoriel le plus fréquent chez l’homme. En France, un enfant sur 700 environ naît avec une surdité sévère ou profonde et un enfant sur 1 000 deviendra malentendant avant l’âge adulte. Aujourd’hui, on estime qu’environ 80 % des cas de surdité neuro-sensorielle ont une cause génétique et 20 % une cause environnementale. Parmi les surdités d’origine génétique, 30 % sont associées à d’autres symptômes (on parle alors de surdité syndromiques), mais le plus souvent (70 % des cas), elle est isolée. Par convention, les formes isolées de surdité héréditaire sont classées selon leur mode de transmission :

  • dans 85 % des cas, la surdité se transmet selon un mode auto-somique récessif (les surdités portent alors le préfixe DFNB) ;
  • dans 10 à 15 % des cas, selon un mode autosomique dominant (DFNA) ;
  • dans 1 % des cas environ, selon un mode récessif lié au chromosome X (DFN) ;
  • des mutations du génome mitochondrial sont également responsables de certaines formes de surdité.

Thérapie génique cochléaire des surdités génétiques

La stratégie thérapeutique peut être différente selon la forme de surdité à traiter. Les surdités transmises sur le mode autosomique dominant (environ 15 % des cas) sont généralement progressives et leur pathogénie relève souvent d’un mécanisme dominant négatif, plutôt que d’une haplo-insuffisance. Dans ce cas, l’objectif thérapeutique est d’arrêter la progression de la surdité en inhibant l’expression de l’allèle muté sans affecter celle de l’allèle sain. Un moyen de réaliser cette inhibition sélective de l’allèle muté est d’utiliser l’interférence ARN (ARNi).

L’un des résultats les plus encourageants concernant l’utilisation de l’ARNi a été obtenu sur des souris défectueuses pour le gène codant pour la connexine 26, modèle de la forme DFNA3 de surdité autosomique dominante progressive humaine. Une éponge de gélatine résorbable imbibée de liposomes enrobant l’ARNi spécifique de la connexine 26 a été placée contre la membrane de la fenêtre ronde. Cela a permis de réduire de 70 % l’expression de l’allèle muté et de stopper la progression de la perte auditive, sans diminution significative de l’expression de l’allèle sauvage. Cela démontre que l’ARNi peut être utilisée in vivo avec une spécificité et une efficacité satisfaisantes pour prévenir la perte d’audition d’une surdité génétique par effet dominant négatif. Une étude récente, dans un modèle murin de la surdité autosomique dominante progressive DFNA15 par mutation du gène POU4F3 (POU class 4 homeobox 3), a par ailleurs montré qu’on peut empêcher la dégénérescence des neurones cochléaires par une thérapie génique via un adénovirus forçant l’expression du gène codant pour le facteur de croissance BDNF (brain-derived neurotrophic factor), un facteur nécessaire au développement et au maintien de l’innervation des cellules ciliées internes de la cochlée. Une telle approche pourrait être utilisée pour améliorer l’efficacité des implants cochléaires, dont le principe repose sur une stimulation électrique directe des fibres du nerf auditif. Certaines surdités transmises sur le mode autosomique récessif (80 % des cas) pourraient être traitées par transfert du gène sain correspondant au gène défectueux. Des résultats encourageants ont été obtenus chez la souris. L’audition des souris défectueuses pour la connexine 30 a été partiellement rétablie en surexprimant le gène codant pour la connexine 26. Plus récemment, une restauration de l’audition a été obtenue chez les souris homozygotes mutantes dépourvues du transporteur vésiculaire du glutamate VGLUT3. Ces souris, considérées comme un modèle de la surdité humaine autosomique dominante DFNA25, retrouvent une audition quasi normale sept jours après une seule injection intracochléaire du gène Vglut3 vectorisé dans le virus adéno-associé AAV1. Une telle approche consistant à compenser la perte de fonction du gène défectueux par transfert d’une copie saine de ce gène dans les cellules qui l’expriment, apparaît comme la plus prometteuse pour traiter efficacement et durablement certaines formes génétiques de surdité.

Perspectives

Lors de la conception d’un protocole de transfert de gène dans la cochlée, plusieurs points essentiels sont à prendre en compte : la fiabilité et la reproductibilité des résultats obtenus, la quantité et la durée de l’expression du transgène, les effets secondaires éventuels. L’existence d’une barrière hématocochléaire implique que le gène correcteur doit être vectorisé et injecté directement dans l’oreille interne. L’expression efficace et durable du transgène dans les cellules ciblées dépend ensuite, en grande partie, du vecteur utilisé, d’où l’importance des recherches actuelles en vectorisation. La maîtrise des différentes difficultés évoquées conditionne l’application clinique des recherches actuelles et futures sur la thérapie génique. Celle-ci pourrait alors devenir un outil très utile pour la protection, la réparation et la régénération des cellules de l’oreille interne.

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