Réellement, vous n'avez pas besoin de ces jumelles pour voir que l'avenir de la thérapie génique se profile. James Yang/© Images.com/Corbis Vous vous souvenez de Charlie Gordon ? Il était la vedette de "Flowers for Algernon", un roman acclamé (et plus tard un film primé aux Oscars) écrit par Daniel Keyes en 1966.
Gordon était un homme mentalement handicapé de 32 ans dont le handicap pouvait être attribué à un cas non traité de phénylcétonurie ( PCU ), une maladie causée par la perte d'un gène. Ce gène code pour une enzyme qui métabolise l'acide aminé phénylalanine . Si les personnes atteintes de PCU mangent des aliments contenant de la phénylalanine, le composé et ses sous-produits s'accumulent dans leur sang et deviennent toxiques, causer des dommages au cerveau, perte de pigmentation, convulsions et une foule d'autres problèmes.
Dans le monde de la fiction, Gordon surmonte finalement la maladie héréditaire en subissant une chirurgie expérimentale pour augmenter son intelligence. En réalité, les personnes nées avec la maladie ont une expérience très différente, mais seulement parce qu'ils suivent un régime pauvre en protéines strict pour éviter les aliments contenant de la phénylalanine, comme les viandes de toutes sortes, les produits laitiers, des noisettes, des haricots, le tofu et l'édulcorant artificiel aspartame.
La solution idéale peut se situer quelque part entre des chirurgies cérébrales dangereuses et des restrictions alimentaires strictes. En réalité, la solution idéale peut être de remplacer le gène manquant afin que les personnes atteintes de PCU puissent profiter d'aliments riches en protéines autant que les personnes qui n'en ont pas. Grâce aux avancées de thérapie génique -- l'ajout de nouveaux gènes aux cellules d'une personne pour remplacer les gènes manquants ou défectueux -- ce rêve apparemment impossible pourrait bientôt devenir une réalité.
La thérapie génique a parcouru un long chemin depuis les jours sombres des années 1990, lorsque le traitement tant annoncé a entraîné la mort de plusieurs patients. Les chercheurs ont beaucoup appris au cours des deux dernières décennies, le plus important est peut-être celui-ci :la thérapie génique est facile à décrire sur papier mais beaucoup plus difficile à mettre en œuvre dans les cellules humaines. Heureusement pour nous, ces scientifiques déterminés ont continué à travailler sur le puzzle jusqu'à ce que, finalement, la thérapie génique est en passe de révolutionner la médecine moderne.
Dans les pages suivantes, nous allons suivre un cours accéléré de thérapie génique - comment ça marche, ce qu'il peut traiter, pourquoi c'est délicat et quand il pourrait être disponible dans votre clinique locale. Avant de passer à la voie rapide de la thérapie génique, faisons quelques tours préparatoires pour revoir les principes fondamentaux de la fonction de l'ADN et de l'expression des gènes.
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Structure de l'ADN © HowStuffWorks Comprendre ce traitement médical nécessite une connaissance pratique des gènes. La bonne nouvelle, c'est que vous avez probablement abordé ce sujet dans votre cours de biologie au lycée, mais juste au cas où tu l'aurais oublié, voici un rapide récapitulatif. UNE gène fait référence à une seule unité d'informations héréditaires - un facteur qui contrôle une activité ou un trait spécifique. Les gènes existent sur chromosomes , qui eux-mêmes résident dans les noyaux de nos cellules.
Chromosomes, bien sûr, contiennent de longues chaînes d'ADN construites avec des sous-unités répétitives appelées nucléotides . Cela signifie qu'un seul gène est une étendue finie d'ADN avec une séquence spécifique de nucléotides. Ces nucléotides agissent comme un modèle pour une protéine spécifique, qui est assemblé dans une cellule à l'aide d'un processus en plusieurs étapes.
Les protéines sont les chevaux de bataille des cellules. Ils aident à construire l'infrastructure physique, mais ils contrôlent et régulent également d'importantes voies métaboliques. Si un gène fonctionne mal - si, dire, sa séquence de nucléotides est brouillée -- alors sa protéine correspondante ne sera pas fabriquée ou ne sera pas fabriquée correctement. Les biologistes appellent cela un mutation , et les mutations peuvent entraîner toutes sortes de problèmes, comme le cancer et la phénylcétonurie.
La thérapie génique tente de restaurer ou de remplacer un gène défectueux, ramener la capacité d'une cellule à fabriquer une protéine manquante. Sur papier, c'est simple :vous insérez simplement la version correcte d'un gène dans un brin d'ADN. En réalité, c'est un peu plus compliqué car les cellules ont besoin d'une aide extérieure sous la forme d'un virus. Vous pensez probablement aux virus comme à des agents qui causent des infections - la variole, grippe, la rage ou le SIDA. En thérapie génique, les scientifiques utilisent ces minuscules particules vivantes mais non vivantes pour donner à une cellule une métamorphose génétique. Dans la section suivante, nous explorerons quels virus sont utilisés et pourquoi.
© 2010 HowStuffWorks.com Les virus ont laissé les biologistes perplexes pendant des années. Ils pouvaient voir les effets des virus - la maladie - mais ils ne pouvaient pas isoler l'agent infectieux. En premier, ils pensaient avoir affaire à des cellules bactériennes extrêmement petites. Puis, au milieu d'une vague d'intérêt pour les virus, Le scientifique américain Wendell Stanley a cristallisé les particules responsables de la maladie de la mosaïque du tabac et a décrit des virus pour le monde en 1935.
Ces entités étranges n'ont pas de noyaux ou d'autres structures cellulaires, mais ils ont de l'acide nucléique, soit de l'ADN, soit de l'ARN. Ce petit paquet d'informations génétiques est emballé à l'intérieur d'une couche de protéines, lequel, dans certains cas, est enveloppé dans une enveloppe membraneuse.
Contrairement aux autres êtres vivants, les virus ne peuvent pas se reproduire par eux-mêmes car ils n'ont pas la machinerie cellulaire nécessaire. Ils peuvent, cependant, se reproduisent s'ils envahissent une cellule et empruntent l'équipement et les enzymes de la cellule. Le processus de base fonctionne comme ceci :
Cette capacité à transporter des informations génétiques dans les cellules rend les virus utiles en thérapie génique. Et si vous pouviez remplacer un extrait d'ADN viral par l'ADN d'un gène humain et laisser ensuite ce virus infecter une cellule ? La cellule hôte ne ferait-elle pas des copies du gène introduit, puis suivrait-elle le plan du gène pour produire la protéine associée ? Comme il s'avère, c'est tout à fait possible - tant que les scientifiques modifient le virus pour l'empêcher de provoquer une maladie ou d'induire une réaction immunitaire de l'hôte. Lorsqu'il est ainsi modifié, un tel virus peut devenir un véhicule, ou vecteur , pour délivrer une thérapie génique spécifique.
Aujourd'hui, les chercheurs utilisent plusieurs types de virus comme vecteurs. Un favori est adénovirus , l'agent responsable du rhume chez l'homme. Les adénovirus introduisent leur ADN dans le noyau de la cellule, mais l'ADN n'est pas intégré dans un chromosome. Cela en fait de bons vecteurs, mais ils stimulent souvent une réponse immunitaire, même affaibli. Comme alternative, les chercheurs peuvent s'appuyer sur virus adéno-associés , qui ne causent aucune maladie humaine connue. Non seulement que, ils intègrent leurs gènes dans les chromosomes de l'hôte, permettant aux cellules de répliquer le gène inséré et de le transmettre aux générations futures des cellules altérées. Rétrovirus , comme ceux qui causent le sida et certains types d'hépatite, également épisser leur matériel génétique dans les chromosomes des cellules qu'ils envahissent. Par conséquent, les chercheurs ont beaucoup étudié les rétrovirus comme vecteurs de thérapie génique.
Le syndrome d'immunodéficience combinée sévère (SCID) est l'une des réussites (limitées) de la thérapie génique. Sur la photo, c'est le « bubble boy » David Vetter, qui avait SCID et est décédé des années avant le début des essais. © Bettmann/Corbis L'idée de la thérapie génique fait le tour du cerveau des scientifiques depuis des décennies. En réalité, c'était Edward Tatum, un généticien américain, qui a suggéré pour la première fois que les maladies génétiques pourraient être guéries grâce au « génie génétique » en 1966. Cette même année, un autre américain, Josué Lederberg, a en fait décrit les détails de la "thérapie virogénique" dans un article publié dans The American Naturalist. De nombreux chercheurs ont ensuite travaillé avec diligence pour faire passer la thérapie génique du concept à la réalité. En 1972, le biochimiste Paul Berg a découvert comment extraire une section d'ADN humain et l'insérer dans le génome d'un virus, qu'il a ensuite utilisé pour infecter les cellules bactériennes. Finalement, il a réussi à obtenir des bactéries pour produire de l'insuline humaine. Dix ans après, Ronald M. Evans a inséré le gène de l'hormone de croissance du rat dans un rétrovirus, puis a transféré ce gène dans des cellules de souris.
Tous ces efforts ont ouvert la voie à une révolution de la thérapie génique. Le premier essai de thérapie génique approuvé par la Food and Drug Administration des États-Unis a eu lieu en 1990. L'essai s'est concentré sur des patients atteints d'immunodéficience combinée sévère (SCID), également connue sous le nom de maladie du "bubble boy" d'après David Vetter, qui a vécu dans l'environnement stérile d'une bulle en plastique jusqu'à sa mort en 1984 à l'âge de 12 ans.
Les chercheurs de cet essai ont utilisé ce qu'on appelle un hors du corps thérapie génique. D'abord, ils ont prélevé la moelle d'un patient en insérant une aiguille spéciale à travers la peau et dans l'os de la hanche. Puis, dans le laboratoire, ils ont exposé les cellules souches de la moelle à des rétrovirus dont l'ARN avait été modifié pour contenir le gène associé au SCID. Les rétrovirus ont infecté les cellules souches et inséré le gène fonctionnel dans le chromosome hôte. Prochain, les scientifiques ont pris les cellules souches modifiées et les ont réinjectées dans la circulation sanguine du patient. Les cellules se sont dirigées vers la moelle osseuse et, comme toutes les bonnes cellules souches, mûri en différents types de cellules, y compris les cellules T saines avec des copies fonctionnelles du gène nécessaire. En utilisant cette technique, des dizaines d'enfants atteints de SCID ont été complètement guéris. Mais ce n'est pas la seule maladie - ou approche - sur la liste de lecture des généticiens [source :Nienhuis].
La deuxième façon courante d'administrer la thérapie génique consiste à injecter le virus porteur du gène directement dans la région qui a des cellules défectueuses. James Wilson, professeur de pathologie et de médecine de laboratoire à l'Université de Pennsylvanie, pionnier de cette thérapie génique dite « dans le corps » dans les années 1990. Il a utilisé l'adénovirus comme vecteur, mais il l'a affaibli pour limiter la réponse immunitaire du receveur. Dans les premiers tests, son virus modifié ne semblait causer aucun mal - pas même des reniflements - chez les sujets de test. Cela signifiait qu'il pouvait fournir des gènes de manière fiable avec peu d'effets secondaires.
En 1999, il a dirigé un essai clinique de phase I pour tester une thérapie à base d'adénovirus pour le traitement d'une maladie génétique rare appelée déficit en ornithine transcarbamylase (OTC). L'OTC est une enzyme qui aide le corps à décomposer l'excès d'azote. Sans ça, les niveaux d'ammoniac augmentent jusqu'à ce que le cerveau devienne empoisonné. Un seul gène sur le chromosome X code pour l'enzyme, ce qui en fait un candidat idéal pour la thérapie expérimentale. Wilson a inséré le gène OTC dans des particules d'adénovirus affaiblies puis les a injectées dans le foie de 18 patients [source :Neimark].
L'idée était simple :le virus infecterait les cellules du foie, qui procéderait ensuite à la réplication du gène OTC et commencerait à fabriquer l'enzyme. Malheureusement, l'un des patients, Jesse Gelsinger, 18 ans, est décédé trois jours seulement après avoir reçu son injection du virus artificiel. Les scientifiques pensent maintenant que le corps de Gelsinger a développé une réponse immunitaire massive, conduisant à une défaillance d'organe généralisée. Ce n'est qu'un des risques de la thérapie génique, comme nous le verrons à la page suivante.
Thérapie génique germinaleJusque là, les scientifiques ont concentré leurs expériences de thérapie génique sur cellules somatiques -- toute cellule du corps autre que les cellules reproductrices. En d'autres termes, ces traitements ne peuvent pas être transmis aux enfants d'une personne. C'est possible, en théorie, pour manipuler l'ADN des ovules et des spermatozoïdes, qui permettrait de transmettre des gènes génétiquement modifiés aux générations futures. Cette soi-disant thérapie génique germinale soulève un certain nombre de préoccupations éthiques et reste interdite aux chercheurs souhaitant acquérir des fonds fédéraux.
La mort de Jesse Gelsinger a stupéfié le public, et il a envoyé des ondes de choc à travers la communauté scientifique, trop. Les généticiens ont réalisé douloureusement que la thérapie génique, tout en étant facile à schématiser sur papier, est venu chargé de défis et d'embûches. Et peu importait la façon dont ils abordaient le problème - les approches intra et extracorporelles comportaient des risques inhérents.
Pour la thérapie génique dans le corps, le plus gros problème est le système immunitaire du patient. Le corps voit les particules d'adénovirus, même ceux porteurs d'un gène humain, comme objets étrangers. Lorsqu'ils pénètrent dans les cellules hôtes, l'hôte répond en lançant une contre-attaque pour se débarrasser des envahisseurs. C'est ce qui s'est passé avec Jesse Gelsinger. Son système immunitaire n'a pas réalisé que les virus essayaient d'être utiles, et il lança une vigoureuse attaque, fermer ses organes dans le processus. Aujourd'hui, les chercheurs pourraient donner à Gelsinger des doses thérapeutiques plus faibles ou le prétraiter avec des médicaments immunosuppresseurs. Une autre option à l'étude concerne l'ADN « nu », qui fait référence à une molécule d'acide nucléique dépouillée de son vecteur viral.
Les thérapies extracorporelles reposant sur les rétrovirus ont leurs propres problèmes. Rappelles toi, les rétrovirus piquent leur ADN dans le chromosome de l'hôte, ce qui est un peu comme prendre une courte phrase d'une phrase et la brancher dans une phrase plus longue. Si l'insertion ne se fait pas au bon endroit, le "langage" résultant pourrait n'avoir aucun sens. Dans certains essais de thérapie génique utilisant des rétrovirus, les patients ont développé une leucémie et d'autres formes de cancer parce que l'insertion d'un gène perturbe la fonction d'autres gènes environnants. Cette complication a touché plusieurs enfants dans les essais SCID, bien que beaucoup d'entre eux aient vaincu le cancer avec d'autres thérapies.
En raison de ces problèmes, la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis réglemente tous les produits de thérapie génique aux États-Unis par le biais de ses Centre d'évaluation et de recherche sur les produits biologiques , ou CBER . Le centre fournit également des conseils scientifiques et réglementaires proactifs aux chercheurs médicaux et aux fabricants intéressés par le développement de produits de thérapie génique humaine. Les chercheurs peuvent également se tourner vers les National Institutes of Health pour obtenir des conseils et des directives lors de la conduite d'essais cliniques avec la thérapie génique.
À ce jour, le centre n'a encore approuvé aucun produit de thérapie génique humaine à la vente, bien que plusieurs essais en cours produisent des résultats prometteurs. Suivant, nous examinerons quelques succès récents dans ce que beaucoup pensent être la deuxième révolution de la thérapie génique.
L'éthique de la thérapie géniqueLa sécurité de la thérapie génique n'est qu'une partie du problème. Beaucoup de gens se demandent si modifier les gènes de quelqu'un est moralement bon ou correct. Ils se demandent qui déterminera quels gènes sont « bons » et lesquels sont « mauvais ». Ils s'interrogent également sur les coûts associés à la thérapie génique. Si les traitements ont un prix élevé, ne seront-ils pas au-dessus des moyens de nombreux patients à faibles revenus ou à une assurance maladie insuffisante ? Et que se passe-t-il quand quelqu'un décide d'utiliser la thérapie génique pour corriger des traits humains non létaux, comme la hauteur, intelligence et capacité athlétique? Ces questions éthiques sont tout aussi importantes que celles concernant la biologie des virus ou les mécanismes d'insertion et d'expression des gènes.
À la suite de la mort de Jesse Gelsinger, la FDA a interdit à James Wilson de mener des expériences de thérapie génique sur des sujets humains. D'autres chercheurs, cependant, n'a pas fonctionné sous ces mêmes restrictions.
En 2007, Jean Bennett, généticien moléculaire et médecin à la faculté de médecine de l'Université de Pennsylvanie, et son mari, Albert Maguire, chirurgien rétinien à l'Hôpital pour enfants de Philadelphie, a commencé un essai clinique pour étudier un traitement de thérapie génique pour une forme rare de cécité connue sous le nom de amaurose congénitale leber ( ACV ). Une mutation dans un gène connu sous le nom de RPE65 entraîne une déficience en une protéine essentielle au fonctionnement normal de la rétine. Les personnes qui manquent de cette protéine souffrent d'une perte progressive de la vision jusqu'à ce qu'elles perdent toute vue, généralement vers l'âge de 40 ans.
Bennett et Maguire ont inséré le gène RPE65 dans un virus adéno-associé, le gentil, version plus douce de l'adénovirus. Ils ont ensuite injecté le virus modifié à faibles doses dans les rétines de trois patients. Les virus ont infecté les cellules rétiniennes, qui a commencé à produire la protéine RPE65. Et voilà, la vision des trois sujets s'est améliorée, et aucun effet secondaire désagréable - y compris des réponses immunitaires dangereuses - n'a été signalé. L'équipe a décidé de tester une plus grande population de test avec une dose plus forte du virus. Six autres patients LCA ont reçu la thérapie génique et ont obtenu des résultats encore meilleurs [source :Kaiser].
Cela place SCID et LCA dans une catégorie raréfiée - les maladies traitées avec succès par thérapie génique. Et pourtant, les généticiens et les biologistes moléculaires sont convaincus qu'il y en aura plus. James Wilson, qui continue de contribuer au domaine, a isolé 120 types de virus adéno-associés, dont beaucoup fonctionnent plus efficacement dans certains tissus que d'autres. Par exemple, certains de ces vecteurs ont une affinité pour le tissu cardiaque, tandis que d'autres ont une affinité pour les cellules de la moelle épinière et du cerveau. Les recherches futures pourraient déboucher sur des traitements viables pour les lésions de la colonne vertébrale et pour des maladies telles que la maladie de Parkinson [source :Neimark].
Les chercheurs font également de grands progrès avec les thérapies hors du corps. En juillet 2013, la revue Science a publié les résultats de deux études portant sur l'utilisation des lentivirus comme vecteurs de thérapie génique. Lentivirus sont des rétrovirus, mais ils sont uniques dans leur capacité à transférer des gènes de manière efficace et permanente dans les cellules en division et non en division. D'autres rétrovirus doivent faire leur vaudou génétique sur des cellules en division. Peut-être plus important, les lentivirus semblent moins enclins à activer d'autres gènes liés au cancer lorsqu'ils insèrent leur charge utile dans l'ADN de l'hôte. Lorsque les chercheurs ont testé une thérapie à base de lentiviraux sur des patients atteints d'adrénoleucodystrophie, une maladie neurodégénérative liée à l'X qui affecte les jeunes hommes, et la leucodystrophie métachromatique, une maladie neurodégénérative rare causée par des mutations dans un seul gène, ils ont pu arrêter la progression des deux maladies sans effets secondaires nocifs [source :Cossins].
À l'avenir, d'autres thérapies géniques prometteuses vont certainement voir le jour, principalement pour les maladies héréditaires, comme la mucoviscidose, dystrophie musculaire, drépanocytose et hémophilie. Même la phénylcétonurie peut devenir une chose du passé, quelque chose qui ferait probablement plaisir à Charlie Gordon.
Il est difficile de ne pas être impressionné par les mécanismes de la thérapie génique - le snipping, l'épissage et l'échange d'ADN. Mais séparer le « Pouvez-vous ? » du « devriez-vous ? » semble une tâche beaucoup plus ardue. Je soupçonne qu'aborder l'éthique de la thérapie génique dépend beaucoup du fait que vous ou un membre de votre famille souffrez d'une maladie génétique rare.
