La thérapie génique restaure l'audition et le traitement du signal sonore par le système nerveux central dans un modèle murin de surdité humaine DFNB16

AAV-mediated gene therapy restores hearing and central auditory processing in a mouse model of human DFNB16 Deafness

• Auteur / Autrice : Sepideh Iranfar
• Direction : Saaid Safieddine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique et génomique
• Date : Soutenance le 11/06/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physiologie, Physiopathologie et Thérapeutique (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique et physiologie de l'audition (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Serge Picaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Natacha Crozat-Teissier, Walter Marcotti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martine Cohen-Salmon, Vincent Van Rompaey

Mots clés

Mots clés contrôlés

Souris de laboratoire

Cellules sensorielles ciliées internes

Dependovirus

Surdité -- Génétique

Thérapie génique

Mots clés libres

Thérapie génique

DFNB16

Stereocilin

AAV

Surdité

Gene therapy

DFNB16

Stereocilin

AAV

Deafness

Résumé

La déficience auditive constitue un handicap fonctionnel majeur, affectant plus d'un demi-milliard de personnes dans le monde. Malgré sa prévalence élevée, aucun traitement curatif n'existe actuellement. Mon projet de thèse est translationnel et vise à établir la preuve de concept selon laquelle la thérapie génique virale peut restaurer l'audition dans le modèle préclinique de surdité DNFB16. La surdité DFNB16 est la deuxième cause de déficience auditive congénitale d'origine génétique. Elle est causée par des mutations du gène codant pour la stéréociline (STRC) et se caractérise par une surdité légère à modérée. La protéine STRC est principalement exprimée dans les cellules ciliées externes (CCE) de l'oreille interne, l'un des deux types de cellules sensorielles de la cochlée, responsables de l'amplification et la discrimination fréquentielle du signal sonore. La protéine STRC est cruciale pour le maintien de la morphologie des stéréocils des CCE. Les mutations du gène STRC sont responsables d'un dysfonctionnement des CCE conduisant à l'abolition de l'amplification cochléaire et donc à une augmentation des seuils auditifs. A ce jour, il n'existe aucun traitement curatif pour la surdité DFNB16.L'objectif principal de mon projet était de développer une thérapie génique basée sur les virus adéno-associés (AAV) pour remplacer le gène mutant par une copie fonctionnelle dans un modèle murin DFNB16. Compte tenu de la grande taille de la séquence codante du gène Strc, dépassant la capacité d'empaquetage de l'AAV, j'ai utilisé une stratégie hybride de double vecteur pour charger l'ADNc de la Strc dans les capsides de l'AAV. Sachant que les CCE sont intrinsèquement difficiles à transduire par les vecteurs AAV, j'ai tout d'abord effectué une analyse comparative du tropisme cellulaire de différents sérotypes d'AAV après administration dans l'oreille interne afin d'identifier le la capside la plus efficace pour cibler les CCE. Ensuite, j'ai utilisé le sérotype AAV le plus performant pour construire le vecteur thérapeutique qui a été administré dans les cochlées des souris DFNB16.Les résultats montrent que la thérapie génique a rétabli une expression robuste de la protéine STRC et ciblée dans les touffes ciliaires des CCE chez les souris traitées. Cette expression a entraîné la restauration de la morphostructure des touffes ciliaires et de l'amplification cochléaire, permettant une récupération stable et durable des seuils auditifs, similaires à ceux de souris sauvages. Par ailleurs, les mesures psychométriques de la perception des fréquences à l'aide d'une tâche de Go/NoGO ont montré que la discrimination fréquentielle du signal sonore chez les souris DFNB16 traitées étaient comparables à celles des souris sauvages. Ces résultats soulignent l'efficacité de la thérapie génique sur la restauration de la perception sonore dans un modèle préclinique de surdité DFNB16. Cette découverte jette les bases d'une thérapie génique translationnelle efficace pour les patients atteints de DFNB16.

Hearing impairment stands as a significant contributor to disability, affecting over half a billion individuals throughout their lifespans. Despite its pervasive prevalence, no curative treatment currently exists. My Ph.D. project is translational, aiming to establish the proof of concept that viral gene therapy can restore hearing in a preclinical model for DFNB16 deafness. DFNB16, considered the second most common cause of hearing impairment, is caused by mutations in the stereocilin (STRC) gene and is characterized by mild-to-moderate deafness. The stereocilin (STRC) protein is predominantly expressed in outer hair cells (OHCs), one of the two types of cochlear sensory hair cells, responsible for sound amplification. STRC protein is crucial for the cohesion and maintenance of OHC bundles. Mutations in STRC result in defective OHCs, leading to abolished cochlear amplification and subsequent reduction in hearing sensitivity. As of now, there exists no cure for DFNB16.My main objective was to develop an adeno-associated virus (AAV)-based gene therapy to replace the mutant gene with its correct copy in a DFNB16 mouse model. Given the large size of the Strc coding sequence, exceeding AAV packaging capacity, I employed a hybrid dual-vector strategy to load Strc cDNA into AAV capsids. Since OHCs are inherently difficult to transduce with AAV vectors, we firstly conducted a comparative analysis of AAV cellular tropism within the inner ear to identify the most efficient AAV serotype for targeting OHCs. Secondly, I used the best performing AAV serotype to construct the therapeutic vector, which was administered into the cochleas of DFNB16 mice.Following the gene therapy, we found a robust restoration of STRC protein expression and its appropriate targeting at the tips of OHC stereocilia in treated mice. This process results in the restoration of the normal morphostructure of OHC bundles and cochlear amplification, ensuring stable and long-lasting restoration of hearing in the treated mice, similar to those of the wild-type mice. Notably, psychometric measurements of frequency perception using a Go/NoGo task demonstrated that frequency discrimination exhibited by the treated Strc-/- mice was comparable to those of wild-type mice, underscoring the efficacy of gene therapy in recovering essential features of natural sound perception associated with DFNB16. This finding lays the foundation for effective translational gene therapy for DFNB16 patients and facilitates the development of preclinical gene therapy studies for mouse models of human deafness.