Développement de dérivés de MBNL pour la thérapie des dystrophies myotoniques

MBNL derivatives for therapeutic application in myotonic dystrophy

• Auteur / Autrice : Magdalena Matloka
• Direction : Denis Furling
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 13/09/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en myologie (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Onnik Agbulut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Auboeuf
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Caroline Le Guiner, Rubén Artero

Mots clés

Mots clés contrôlés

Épissage alternatif

Protéines de liaison à l'ARN

Thérapie génique

Myotonie atrophique

Mots clés libres

Dystrophie myotonique

Thérapie génique

Muscleblind

ARN

Épissage alternatif

Virus adéno-associé

Myotonic dystrophy

Gene therapy

Muscleblind

RNA

Alternative splicing

Adeno-associated virus

Résumé

Les Dystrophies Myotoniques de type 1 (DM1) et 2 (DM2) sont des maladies neuromusculaires autosomiques dominantes causées par l’expansion anormale de séquences microsatellites C(C)TG situées respectivement dans la région 3’UTR du gène DMPK et le premier intron du gène ZNF9. Les ARNs mutés contenant les expansions de répétitions sont retenus dans le noyau des cellules sous formes d’agrégats riboprotéiques et séquestrent les protéines de liaison à l’ARN de la famille MBNL conduisant à des dérégulations de l’épissage alternatif associés aux symptômes cliniques. Bien que différentes approches thérapeutiques pour la DM soient en développement, il n’existe à ce jour aucune thérapie. Dans ce travail de thèse, nous avons développé une stratégie innovante de thérapie génique basée sur une protéine MBNL1 modifiée. Ce dérivé MBNL∆ agit comme un leurre pour libérer les facteurs MBNL endogènes anormalement séquestrés par les ARN mutés, et restaurer leurs fonctions. Ainsi l’expression de MBNL∆ dans des modèles DM1 permet la correction des anomalies moléculaires et phénotypiques. Nous avons également réalisé différentes optimisations de cet outil dans le but d’accroître ces capacités fonctionnelles. Enfin, nous avons développé un système d’autorégulation basé sur un « senseur d’épissage » dans le but de contrôler l’expression protéique d’un transgène. La preuve de concept de ce système a été faite à l’aide de MBNL∆ et validée dans des modèles DM1. En conclusion, mon travail de thèse a permis d’établir le potentiel d’une approche de thérapie génique pour la DM de type « leurre » basée sur l’ingénierie de protéine de liaison à l’ARN.

Myotonic dystrophy (DM) is an autosomal neuromuscular disease encompassing two distinct forms, type 1 (DM1) and type 2 (DM2), which are caused by abnormal microsatellite expansions of C(C)TG repeats in the 3’UTR of the DMPK and first intron of ZNF9 genes, respectively. Mutant RNAs carrying expanded repeats are retained in the nucleus as riboprotein aggregates that abnormally sequester MBNL splicing factors leading to alternative splicing misregulations associated with clinical symptoms. Although various therapeutic approaches for DM are under development, there is no effective therapy available so far. In this study, we designed a novel gene therapy strategy with the use of an engineered MBNL RNA-binding protein derivative that acts as a CUGexp-decoy to release sequestered endogenous MBNL factors and restore their proper functions. Expression of the decoy results in the correction of DM1-associated features in both in vitro and in vivo models of the disease. Subsequent optimization processes were applied to the engineered decoy and the most potent derivate that increases its functional capacity was selected for further therapeutic application. Additionally, we developed an autoregulatory system based on a splice-sensor strategy to control transgene product expression and provided a proof-of-concept of its efficacy in both in vitro and in vivo systems. In conclusion, my work establishes the potency of gene therapy treatment for DM and support the use of the decoy-based approach as an alternate or complementary therapeutic intervention for DM.