Mécanismes moléculaires de la stabilité du génome AAV dans des modèles de maladies hépatiques et développement de stratégies de combinaison pour GSDIII

Molecular mechanisms affecting AAV gene transfer stability in hepatic diseases and development of combined AAV therapeutic strategies for GSDIII

• Auteur / Autrice : Luca Bocchialini
• Direction : Giuseppe Ronzitti
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Approches génétiques intégrées et nouvelles thérapies pour les maladies rares
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université d'Évry Val d'Essonne

Mots clés

Mots clés libres

Aav

Metabolisme

Gsdiii

Résumé

Les vecteurs recombinants dérivés des virus adéno-associés (AAV) sont aujourd'hui la plateforme de choix pour corriger in vivo les défauts génétiques des maladies monogéniques. Malgré les succès cliniques encourageants obtenus ces dernières années grâce à cette technologie, les données d'efficacité à long-terme sont encore limitées. Parmi les différentes stratégies thérapeutiques utilisant les vecteurs AAV, le transfert de gène dans le foie est une approche attrayante pour le traitement d'une variété de troubles métaboliques (1-7). Cependant, les études précliniques et cliniques ont fait émerger plusieurs défis. Parmi eux, celui de la stabilité à long-terme de l'expression du transgène (8) souligne un manque de compréhension des interactions hôte-vecteur. L'augmentation du renouvellement des hépatocytes, observée dans de nombreuses maladies métaboliques (9, 10), pourrait être une cause possible d'instabilité de l'expression du transgène (11, 12). La glycogénose de type III (GSDIII) est une maladie du métabolisme du glycogène causée par un défaut génétique héréditaire du gène Agl, entrainant un déficit en enzyme débranchante du glycogène (GDE) et par conséquent une accumulation pathologique du glycogène dans le foie et les muscles. Cette forme de glycogénose hépatique, pour laquelle il n'existe pas de traitement à l'heure actuelle, est relativement peu étudiée. Dans un modèle murin de GSDIII (Agl-/-) développé dans notre laboratoire (13), des résultats préliminaires indiquent une diminution progressive de l'expression du transgène après transfert de gène dans le foie médié par un vecteur AAV. Dans ce projet, nous souhaitons donc caractériser l'effet de la pathologie hépatique sur l'efficacité et la stabilité du vecteur AAV. L'élaboration d'une thérapie génique pour la GSDIII présente plusieurs défis (14). Bien que nous ayons déjà proposé différentes approches, telles que l'utilisation d'une combinaison de deux vecteurs (13), ou l'utilisation d'une séquence Agl plus petite, codant pour une protéine GDE tronquée (manuscrit en préparation), ces stratégies sont limitées à la correction de la maladie musculaire de GSDIII. C'est pourquoi l'objectif de ce projet est de cibler et corriger l'altération métabolique du foie. Pour cela nous voulons développer une approche combinant un vecteur AAV et un traitement pharmacologique, afin de favoriser la stabilité du transfert de gène et, par conséquent, la correction à long-terme de la maladie hépatique dans GSDIII. Plusieurs résultats sont attendus : 1) une meilleure compréhension des interactions complexes entre les vecteurs AAV et les hépatocytes, 2) déterminer la meilleure stratégie pour améliorer la stabilité du vecteur dans un foie adulte malade 3) mettre au point un traitement combiné pour cibler et corriger la maladie hépatique du GSDIII.

Recombinant Adeno‐associated virus (rAAV) vectors are today the leading platform for in vivo gene therapies of monogenic diseases. Despite encouraging clinical successes, the long-term outcomes of gene therapy are still unpredictable with limited data. Liver-directed gene transfer is an attractive strategy for the treatment of a variety of metabolic disorders (1-7); however, several challenges have emerged in both preclinical studies and clinical trials using rAAV vectors. Among them, long-term transgene expression stability (8), point out to a gap in the understanding of the host-vector interactions. The increased hepatocytes turnover, observed in many metabolic diseases (9, 10) might be a possible cause of transgene expression instability, which was already repeatedly reported during preclinical research for the treatment of GSDIa (11, 12). The other main hepatic GSD, GSDIII, has been less studied. In a murine model of GSDIII (Agl-/-) developed in our lab (13), preliminary findings indicate that GSDIII mice (Agl-/-) show also a progressive decrease in a reporter transgene expression the absence of a significant reduction of vector copy number in liver. In this project, we aim to clarify the role of the liver pathology on AAV vector efficacy and stability. Particularly, the development of a liver-targeted rAAV-based therapeutic strategy to treat GSDIII presents several challenges (14). Although, we previously proposed different approaches such as a dual overlapping vector strategy (13), or the use of a smaller Agl DNA sequence coding for a GDE truncated protein (manuscript in preparation), both strategies are limited to the correction of the muscle disease of GSDIII. Therefore, in this project, we aim to develop an optimize rAAV-truncated GDE combinate gene therapy and pharmacological treatment, targeting the metabolic impairment in the liver and promoting gene transfer stability and therefore long-term efficacy and to correct also hepatic disease in GSDIII. Two kinds of results are expected: 1) a better understanding of the complex interactions between rAAV vectors and hepatocytes, and 2) to identify the best strategy to enhance vector stability in an adult injured liver 3) to develop of a combined treatment to target and correct the hepatic disease of GSDIII.