Les mitochondries de la rétine :
des cibles pour la thérapie génique
Le groupe de Marisol Corral-Debrinski tente de corriger les mutations du matériel génétique présent dans les mitochondries de la rétine. Première cible : la neuropathie optique héréditaire de Leber.
La transformation de la lumière en stimuli électriques par la rétine demande une grande quantité d’énergie cellulaire. Il n’est donc pas étonnant que la rétine soit le tissu de l’organisme qui comporte proportionnellement le plus de mitochondries, les « centrales » de production d’énergie cellulaire. Ces micro-usines à énergie disposent de leur propre matériel génétique, sous forme d’un ADN (ADNmt) distinct de celui des chromosomes et hérité seulement de la mère.
Qu’il vienne à dysfonctionner, et la rétine perd sa belle efficacité. Cela n’est malheureusement pas exceptionnel. « Près de 10 % des rétinopathies sont dues à des mutations de l’ADN mitochondrial, indique Marisol Corral-Debrinski, dont l’équipe est la spécialiste de ce sujet à l’Institut de la vision. Le pire est qu’elles peuvent apparaître brutalement, du jour au lendemain, chez des personnes jeunes. La mieux connue, la neuropathie optique héréditaire de Leber (NOHL), affecte 2 000 personnes en France. »
La neuropathie optique héréditaire de Leber (NOHL)
Du nom de l’ophtalmologiste allemand Theodor Leber (1840-1917), cette pathologie rare est due à des mutations de l’ADNmt affectant des gènes codant des sous-unités des complexes de la chaîne respiratoire mitochondriale, notamment ND1, ND4 et ND6. Sa prévalence est estimée à 1/50 000. Elle se traduit par la dégénérescence des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR), qui entraîne l’atrophie du nerf optique, l’apparition d’une lacune (scotome) dans le champ visuel central et une diminution de la vision périphérique. Cette maladie débute en général entre 18 et 35 ans par une diminution soudaine (ou étalée sur quelques mois) de l’acuité visuelle d’un seul œil. L’autre œil est affecté souvent par la suite. Aucun traitement n’a aujourd’hui fait la preuve de son efficacité.
Orphanet, Snof
Comment faire pour corriger les dysfonctionnements des mitochondries ? Sachant que nul ne sait introduire directement un gène correcteur dans ces microstructures cellulaires, la seule solution consiste à faire s’exprimer ce gène dans le noyau cellulaire (« expression allotopique »), puis à faire en sorte que la protéine correspondante migre dans les mitochondries à partir du cytosol. Le principe paraît simple puisque c’est le processus naturel suivi par la plupart des protéines mitochondriales. Malheureusement, la réalité est nettement plus compliquée.
L’import mitochondrial : un casse-tête
En fait, le génome mitochondrial ne code qu’environ 1% des protéines de la mitochondrie, la grande majorité d’entre elles provenant de la traduction de gènes du noyau cellulaire. Cela signifie que ces protéines doivent être importées à partir du cytosol où elles sont synthétisées. Ce processus se déroule grâce à la présence dans les protéines de signaux reconnus par des complexes moléculaires présents dans les membranes des mitochondries. En revanche, les protéines codées par l’ADNmt sont dépourvues de ces signaux et ne peuvent donc être importées dans les mitochondries. Par ailleurs, elles présentent une hydrophobie très élevée, si bien que leur synthèse dans le cytosol (riche en eau) est suivie d’une agrégation toxique pour les cellules, qui rend impossible leur transfert à l’intérieur des mitochondries.]
Marisol Corral-Debrinski et ses collaborateurs Crystel Bonnet, Valérie Kaltimbacher Sami Ellouze et Sébastien Augustin ont trouvé une astuce pour y parvenir. Elle consiste à « adresser » l’ARN messager codant la protéine d’intérêt à la mitochondrie, un peu comme une lettre trouve mieux son destinataire si son adresse est correctement détaillée. Pour cela, les chercheurs greffent au gène correcteur deux « étiquettes » reconnues comme spécifiques des mitochondries. Ces étiquettes sont deux courts fragments d’ARN : l’un contraint l’ARN messager codant la protéine correctrice à se localiser à la surface des mitochondries ; l’autre indique à ces dernières qu’elles peuvent importer la protéine.
Début 2007, en collaboration avec Pierre Rustin (Inserm U676, Hôpital Robert Debré), l’équipe de l’institut de la Vision a testé cette construction moléculaire sur des cultures de cellules de la peau (fibroblastes) prélevés chez des patients : les uns étaient atteints de NOHL et possédaient le gène ND4 muté, les autres souffraient d‘une autre pathologie touchant la rétine, NARP (Neuropathy, Ataxie, Retinitis Pigmentosa, liée à la mutation du gène ATP6).
Or pour la première fois au monde, ce stratagème a permis de rétablir une fonction mitochondriale normale dans les fibroblastes, signe que les gènes normaux ont bien été transférés dans leurs mitochondries. Le stade suivant consiste, bien entendu, à tester son pouvoir thérapeutique in vivo. Pour ce faire, le groupe de l’Institut de la Vision a créé artificiellement un modèle animal de la NOHL.
Vingt-cinq jours après une électroporation réalisée chez le rat avec soit le gène ND4 humain sauvage soit le gène ND4 portant la mutation G11778A, on examine des coupes de rétines à l’aide de la technique d’immunofluorescence. La protéine ND4 est ainsi repérée en rouge. Sa distribution cellulaire peut être alors comparée à celle du neurofilament 200 (NF200) qui interagit avec les mitochondries et qui est visualisé en vert. A gauche, le Dapi colore les noyaux cellulaires en bleu. On constate que la protéine ND4 présente une localisation mitochondriale.
© M. Corral-Debrinski/Institut de la Vision
Ce modèle animal est actuellement en cours d’optimisation et servira à tester la thérapie génique de la NOHL, avec le soutien de l’Agence nationale de la recherche (ANR, appel à projets « Maladies Rares » lancé en 2006), de la Fédération des Aveugles et Handicapés Visuels de France et de l’association Ouvrir les Yeux. Les premiers résultats montrent que la protéine ND4 est bien exprimée dans les mitochondries des cellules ganglionnaires de la rétine après transfert génique.
Ce travail s’appuie notamment sur l’expertise de l’équipe de Fabienne Rolling (unité Inserm 649 dirigée par Philippe Moullier, CHU Hôtel-Dieu, Nantes), qui a réussi en France, en octobre 2006, à rendre la vue à des chiens atteints d‘une forme de rétinopathie, l’amaurose congénitale de Leber, par thérapie génique.
Le vecteur utilisé est un virus modifié appartenant au sous-type 2 des vecteurs AAV (adeno-associated virus), reconnaissant spécifiquement les cellules ganglionnaires rétiniennes. La stratégie thérapeutique consiste à introduire à proximité de la couche de ces cellules, par chirurgie oculaire – une technique parfaitement maîtrisée chez l’animal et l’homme –, les vecteurs AAV2 porteurs de la construction correctrice.
En cas de succès, cette stratégie pourrait être appliquée à d’autres maladies (neuropathies, surdités, myopathies…) dues aux dysfonctionnements des mitochondries, dont la plupart atteignent plusieurs organes. Près de 30 % d’entre elles sont causées par des mutations de l’ADN mitochondrial…
Pour en savoir plus : P. Rustin et al. (2007) Adresser du matériel allogène dans le compartiment mitochondrial : un défi pour comprendre la physiologie mitochondriale et une perspective pour la thérapie. Médecine/Science, mai 2007, 23(5)
Sur le travail de l’équipe de Fabienne Rolling :
http://ist.inserm.fr
http://www.vectors.nantes.inserm.fr
J.J. Perrier
