Optimisation d'une thérapie génique non virale pour délivrer la transferrine humaine comme candidat médicament pour le traitement des dégénérescences rétiniennes

Optimization of a non-viral gene therapy to deliver human transferrin as a drug for the treatment of retinal degeneration

• Auteur / Autrice : Jenny Youale tembou
• Direction : Francine Behar-cohen
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences ed 563
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 16/12/2022
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : ED 563 Médicament, Toxicologie, Chimie, Imageries
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Canonne-hergaux, Chiara Maiuri, Thierry Bordet, Emilie Picard, Vincent Pernet, Olivier Loréal, Francine Behar-cohen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Pernet, Olivier Loréal

Mots clés

Mots clés libres

Transferrine

Fer

Epr

Cgr

Mort cellulaire

Dmla

Glaucome

Transferrin

Iron

Epr

Rgc

Cell death

Amd

Glaucoma

Résumé

Les maladies neurodégénératives de la rétine telles que la DMLA et le glaucome sont les premières causes de malvoyance dans les pays industrialisés et ne bénéficient d'aucun traitement neuroprotecteur efficace à ce jour. La DMLA et le glaucome sont des pathologies évolutives et invalidantes induisant la perte respectivement des cellules de l'épithélium pigmentaire de la rétine (EPR) et des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs) indispensables à l'intégrité des barrière hémato-rétiniennes(BHRs). Les BHR externe et interne limitant le passage de médicaments dans l'oeil, la société Eyevensys développe une nouvelle technologie de thérapie génique non virale basée sur l'électrotransfection de plasmides « médicaments » dans les cellules du muscle ciliaire de l'oeil. Ce dispositif non invasif et réversible permet une production locale de la protéine « médicament » pendant plusieurs semaines. La perturbation de l'homéostasie du fer, un élément indispensable à la vie cellulaire et au processus physiologique du système visuel, a été démontrée chez l'homme dans les yeux de patients atteints de DMLA et de glaucome. Il semble contribuer à la plupart des mécanismes pathogéniques connus dans ces maladies, motivant les stratégies thérapeutiques visant à contrôler les taux de fer oculaire. La ferroptose de l'EPR et des CGRs, forme de mort cellulaire liée à une perturbation de l'homéostasie du fer, est suspectée dans la DMLA et le glaucome. La régulation de l'homéostasie du fer dans la rétine est une voie thérapeutique attrayante car ciblant de multiples mécanismes pathogéniques. La transferrine (TF), une molécule produite par l'oeil qui séquestre et contrôle la distribution du fer, présente un potentiel majeur thérapeutique. L'exploration des mécanismes d'action de la TF sur des cellules de l'EPR soumises à différents agents de stress oxydatif (FeCl3NTA et 4HNE) mimant la pathogénèse de la DMLA montre que la TF préserve l'intégrité de l'EPR. La TF protège l'EPR de la mort par apoptose et par ferroptose et montre des propriétés anti-oxydant par la régulation du fer et les acteurs de son homéostasie. La TF diminue significativement l'activation de la voie du complément et démontre notamment une action anti-inflammatoire face aux stress. L'efficacité de protection de la TF a également été démontrée ex vivo sur les CGRs soumises à différents stress identifiés dans les processus physiopathologiques du glaucome et in vivo dans un modèle d'hypertonie oculaire. En effet, la TF protège de manière significative les CGRs de l'excitotoxicité induite par le NMDA, l'hypoxie induite par le CoCl2 et l'intoxication ferrique induite par le FeSO4 dans des explants de rétines de rat. La TF prévient la ferroptose et la nécrose induite par le FeSO4 et le NMDA, ainsi que l'apoptose induite par le NMDA. Dans la condition hypoxique, la TF est neuroprotectrice en réduisant l'apoptose. Ces résultats suggèrent que la TF a des activités neuroprotectrices sur diverses voies inductrices de stress et avec une action partiellement indépendante de son rôle de chélateur du fer. Ces résultats encouragent à poursuivre le développement thérapeutique de la TF par Eyevensys, jusqu'à des études cliniques chez des patients atteints de DMLA et de neuropathie glaucomateuse.

Neurodegenerative diseases of the retina such as Age-related macular degeneration (AMD) and glaucoma are the leading causes of visual impairment in industrialized countries and have no effective neuroprotective treatment. AMD and glaucoma are progressive and disabling pathologies inducing the loss of retinal pigmented epithelium (RPE) cells and retinal ganglion cells (RGCs) respectively, which are essential for the integrity of the blood-retinal barrier (BRB). As the outer and inner BRB limit the passage of drugs into the eye, Eyevensys society develops a new non-viral gene therapy technology based on the electrotransfection of "drug" plasmids into eye's ciliary muscle cells. This non-invasive and reversible device allows local production of the "drug" protein for several weeks. Iron is essential for multiple cellular mechanisms including physiological processes occurring in the visual system. The disruption of iron homeostasis has been described in patients with AMD and glaucoma. Iron seemed to contribute to most of the known pathogenic mechanisms in these diseases, motivating therapeutic strategies to control ocular iron levels. Ferroptosis, a news cell death form related to a dysregulation of iron homeostasis, is suspected in AMD and glaucoma. The regulation of iron homeostasis in the retina is an attractive therapeutic pathway as it targets multiple pathogenic mechanisms. Transferrin (TF), a molecule produced by the eye that sequesters and controls iron distribution, presents several advantages and has major therapeutic potential. Exploration of the mechanisms of action of TF on RPE cells subjected to different stresses mimicking AMD pathogenesis (FeCl3NTA et 4HNE) shows that TF preserves the RPE integrity. TF protects the RPE from death by apoptosis and ferroptosis and has antioxidant properties through the regulation of iron and the actors of its homeostasis. TF significantly decreases the activation of the complement pathway and demonstrates an anti-inflammatory action against stress. The protective efficacy of TF was also demonstrated ex vivo on RGCs subjected to different stresses, identified in glaucoma pathogenic processes and in vivo microbead rat model of ocular hypertension. Indeed, TF significantly protects RGCs from NMDA-induced excitotoxicity, CoCl2-induced hypoxia and FeSO4-induced iron intoxication in rat retinal explants. TF prevents FeSO4- and NMDA-induced ferroptosis and necrosis, as well as NMDA-induced apoptosis. In the hypoxic condition, TF is neuroprotective by reducing apoptosis. These results suggest that TF has neuroprotective activities on various stress-inducing pathways and with an action partially independent of its role as an iron chelator. These results encourage further therapeutic development of TF by Eyevensys, up to clinical studies in patients with AMD and glaucomatous neuropathy.