Approches d'édition de base pour le traitement des β-hémoglobinopathies

Base editing approaches for the treatment of β-hemoglobinopathies

• Auteur / Autrice : Panagiotis Antoniou
• Direction : Annarita Miccio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 02/12/2021
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Maladies Génétiques (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Marina Cavazzana-Calvo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Wassim El Nemer, Carine Giovannangeli, Claudio Mussolino, Eleni Katsantoni
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : John Strouboulis, Evangelia Yannaki

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thalassémie

Drépanocytose

Thérapie génique

Hémoglobinopathie

Mots clés libres

Édition de base

Βeta-hémoglobinopathies

Thérapie génique

Drépanocytose

Beta-thalassémie

HPFH

BCL11A enhancer

Base editing

Beta-hemoglobinopathies

Gene therapy

Sickle cell disease

Beta-thalasemia

HPFH

BCL11A enhancer

Résumé

Les beta-hémoglobinopathies sont dues à des mutations affectant la synthèse ou la structure de l'hémoglobine (Hb) adulte. La transplantation de cellules souches hématopoïétiques (CSH) autologues et génétiquement modifiées est une option thérapeutique intéressante pour les patients qui n'ont pas de donneur de CSH compatible. La gravité clinique des beta-hémoglobinopathies est atténuée par la présence de mutations provoquant l'expression de l'hémoglobine fœtale (HbF) dans la vie adulte - une condition appelée persistance héréditaire de l'HbF (HPFH). Pour réactiver l'expression de l'HbF, des approches d'édition du génome basées sur des nucléases spécifiques ont été explorées. Cependant, les nucléases spécifiques génèrent des cassures double brin (DSB) dans le génome et soulèvent des problèmes de sécurité pour les applications cliniques, en particulier lorsqu'elles sont utilisées dans des CSH sensibles aux DSB. L'édition de base est une technologie d'édition du génome basée sur CRISPR-Cas9 qui permet l'introduction de mutations ponctuelles (C>T par la cytidine désaminase ou CBE et A>G par l'adénine désaminase ou ABE) dans l'ADN sans générer de DSB. Les mutations HPFH dans les 2 promoteurs de la globine fœtale génèrent des sites de liaison pour les activateurs de l'HbF (par exemple KLF1, TAL1 et GATA1) ou perturbent les sites de liaison des répresseurs de l'HbF (par exemple LRF et BCL11A). De même, les SNP situés dans l'enhancer de BCL11A régulent négativement l'expression de BCL11A, un répresseur majeur de la synthèse de l'HbF. L'objectif de cette thèse de doctorat est d'utiliser l'édition de base pour cibler des séquences d'ADN spécifiques dans les promoteurs HBG et l'enhancer de BCL11A afin d'imiter l'effet des mutations HPFH.

Beta-hemoglobinopathies are caused by mutations affecting the synthesis or the structure of the adult hemoglobin (Hb). Transplantation of autologous, genetically modified hematopoietic stem cells (HSCs) is an attractive therapeutic option for patients lacking a suitable HSC donor. The clinical severity of beta-hemoglobinopathies is alleviated by the co-inheritance of mutations causing fetal gamma-globin expression in adult life - a condition termed hereditary persistence of fetal Hb (HPFH). To reactivate gamma-globin expression, genome editing approaches based on site-specific nucleases have been explored. Site-specific nucleases, however, generate double-strand breaks (DSBs) in the genome and raise safety concerns for clinical applications, particularly when used in DSB-sensitive HSCs. Base editing (BE) is a CRISPR-Cas9-based genome editing technology that allows the introduction of point mutations (C>T by cytidine deaminase or CBE and A>G by adenine deaminase or ABE) in the DNA without generating DSBs. HPFH mutations in the 2 HBG gamma-globin promoters either generate binding sites (BS) for fetal Hb (HbF) activators (e.g. KLF1, TAL1 and GATA1) or disrupt the BS of HbF repressors (e.g. LRF and BCL11A). Similarly, SNPs located in the BCL11A enhancer downregulate the expression of BCL11A, a master repressor of HbF synthesis. The aim of this PhD thesis is to use BE and sgRNAs to target specific DNA sequences in the HBG promoters and the BCL11A enhancer and mimic the effect of HPFH mutations.