Utilisation des cellules souches pluripotentes pour le criblage à haut débit de molécules thérapeutiques dans la maladie de Lesch-Nyhan

Pluripotent stem cells as a model for drug discovery using high throughput screening in Lesch-Nyhan disease

• Auteur / Autrice : Valentin Ruillier
• Direction : Christelle Monville
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Immunologie
• Date : Soutenance le 01/07/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Cellules Souches pour le Traitement et l’Etude des maladies Monogéniques (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Goureau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christelle Monville, Olivier Goureau, Odile Boespflug-Tanguy, Amélie Piton, Alexandra Benchoua, Terence Béghyn
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Odile Boespflug-Tanguy, Amélie Piton

Mots clés

Mots clés contrôlés

Purines

Cellules souches

Criblage pharmacologique

Thérapeutique

Lesch-Nyhan, Syndrome de

Mots clés libres

Cellules souches pluripotentes

Ipsc

Hgprt

Pluripotent stem cells

Ipsc

Hgprt

Résumé

Les mutations affectant la fonction d'enzymes impliquées dans le cycle des purines sont responsables d'une multitude de syndromes pédiatriques, caractérisés par des atteintes neurologiques et comportementales. A ce jour, aucune stratégie thérapeutique n'a été réellement efficace pour contrôler ces symptômes. La maladie de Lesch-Nyhan (MLN), associée à la perte de fonction de l'enzyme de recyclage HGPRT, constitue un bon modèle d'étude. Mon travail a consisté à utiliser la technologie des cellules souches induites à la pluripotence, reprogrammées à partir de fibroblastes de patients atteints des formes sévères de la MLN, pour identifier des phénotypes neuronaux associés à la perte de fonction de l'HGPRT. Ces marqueurs phénotypiques ont ensuite été utilisés pour identifier, par une approche de criblage à haut débit, de nouvelles molécules chimiques capables de corriger ces défauts. Plus de 3000 molécules ont été testées et 6 composés, tous dérivés de l'adénosine, ont pu être identifiés comme compensant le métabolisme par un mécanisme d'action indépendant de l'HGPRT. De manière intéressante, un des composés, la S-adenosylmethionine (SAM) a par le passé déjà démontré des effets bénéfiques sur les symptômes comportementaux typiques de la MLN dans plusieurs études de cas. Cela démontre que la stratégie abordée ici a permis l'identification de cibles thérapeutiques permettant d'améliorer les symptômes neurospychiatriques de cette pathologie et constitue un modèle réplicable pour différentes pathologies touchant le métabolisme cérébral.

Mutations in genes coding for enzymes involved in purine synthesis or recycling lead to dramatic neurological conditions with poor pharmacological options. Lesch–Nyhan disease (LND) is caused by deficiency of the salvage pathway enzyme HGPRT that compromises recycling of guanine and hypoxanthine into GMP and IMP. LND is characterized by severe neuropsychiatric symptoms that are out of reach of pharmacological treatments. Here we use human cortical neural stem cells and neurons derived from iPSC of children affected by severe forms of LND to identify neural phenotypes associated with HGPRT-deficiency and of interest to develop a target-agnostic based drug screening system. We screened more than 3000 molecules and identified 6 compounds, all possessing an adenosine moiety, that corrected LND related neuronal phenotypes by promoting metabolism compensations in a HGPRT-independent manner. One of these compound, S-adenosylmethionine (SAM), has already been reported as providing amelioration of behavioral symptoms in some LND cases, demonstrating that our screening allowed the identification of pathways that can be relevant therapeutic targets to ease the devastating neuropsychiatric symptoms associated with this pathology. Interestingly, these pathways can be activated in LND patients via simple food supplementation. This experimental paradigm can also be easily adapted to other purine associated neurological disorders affecting normal brain development.