Thérapie génique intrathécale des formes modérées d’amyotrophie spinale

Intrathecal gene therapy for moderate forms of spinal muscular atrophy

• Auteur / Autrice : Karim Bey
• Direction : Marie-Anne Colle, Philippe Moullier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie santé
• Date : Soutenance le 30/03/2017
• Etablissement(s) : Nantes, Ecole nationale vétérinaire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Nantes)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Anne Colle, Philippe Moullier, Cécile Martinat, Nicole Déglon, Laurent Schaeffer, Caroline Sevin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cécile Martinat, Nicole Déglon

Mots clés

Mots clés libres

Amyotrophies spinales modérées

Motoneurone

Thérapie génique

AAV

Voies intrathécales

Modèle A2G

Modèle SMNRT

Jonction neuromusculaire

Moderate spinal muscular atrophy

Motoneuron

Gene therapy

AAV

Intrathecal routes

A2G mice

SMNRT mice

Neuromuscular junction

Résumé

Les amyotrophies spinales modérées (SMA) sont des maladies du motoneurone (MNs) affectant le système neuromusculaire. Elles sont causées par une diminution de l’expression du gène survival motor neuron 1 (SMN1) à l’origine d’une faiblesse musculaire progressive aboutissant au décès des patients. La thérapie génique, par réintroduction systémique de SMN1 dans les MNs via un vecteur viral adeno-associé (AAV) est actuellement en essai clinique dans la forme sévère de SMA. Cette voie permet de cibler les MNs et les organes périphériques, lesquels sont aussi affectés dans la forme sévère. Une expression de SMN1 restreinte aux MNs serait plus appropriée pour traiter les formes modérées. Nous avons comparé deux voies d’administration utilisant le liquide cérébrospinal (LCS) ; deux promoteurs - ubiquitaire et neurone-spécifique - et les vecteurs AAV9 et AAV10 pour déterminer le vecteur le plus adapté. Nous démontrons que l’administration intrathécale lombaire d’un AAV9-neuronespécifique est la plus efficace à cibler exclusivement les MNs. Afin d’établir la preuve d’efficacité de notre stratégie de thérapie génique intra-LCS dans un modèle murin SMA modéré nous avons réalisé une caractérisation phénotypique lésionnelle et moléculaire du modèle SMNRT. Les résultats obtenus ont confirmé la pertinence du modèle et ont permis de déterminer une fenêtre thérapeutique. La jonction neuromusculaire (JNM), système affecté dans les SMA, montre des altérations morphologiques et une dérégulation moléculaire dans le modèle SMNRT. Nos résultats soulignent l’implication de la JNM et suggèrent de nouvelles perspectives thérapeutiques indépendantes de SMN pour les SMA modérées.

Moderate forms of spinal muscular atrophy (SMA) are a motoneuron (MN) disease affecting neuromuscular system caused by reduced expression of survival motor neuron 1 gene (SMN1) and leading to progressive muscle weakness and death. Intravenous SMN1 gene therapy using adenoassociated virus (AAV) is currently in clinical trial for severe SMA. Systemic AAV delivery allows efficient MNs targeting leading also to transgene expression in peripheral organs, other systems affected in severe forms. Gene transfer restrict to MNs should be more appropriate for moderate SMA treatment. In this study, we propose to develop intra-cerebrospinal fluid (intra-CSF) AAV gene therapy for the treatment of moderate forms of SMA. We firstly compared two routes of delivery based on intra-CSF administration, two ubiquitary and neuron-specific promoters and AAV9 and 10 in order to determine the most adapted route and vector. We demonstrate that lumbar intrathecal delivery of AAV9-neuron specific targets efficiently the MNs. In the second part, we sought to perform proof of concept of intrathecal gene therapy in the SMNRT mice model of moderate form of SMA. Full pathological and molecular characterization was performed in order to determine the therapeutic window and to confirm the interest of theses models for comparative pathology. Specifically, we explored the neuromuscular junction (NMJ), a system firstly affected in SMA. We found morphological disorganization and molecular dysregulation in SMNRT model. Our results highlight the NMJ implication and offer new non-SMN therapeutic perspectives for moderate SMA.