Oligonucléotides antisens ciblés sur SMN2
Les ASO sont des acides nucléiques monocaténaires synthétisés pour être complémentaires d’une séquence d’ARN cible. Une fois administré, l’ASO est absorbé par la cellule via un mécanisme endocytique encore mal défini, puis pénètre dans le noyau où il se lie à son pré-ARNm cible.62 Initialement, les ASO étaient utilisés pour supprimer l’expression des gènes soit en bloquant la traduction d’un ARN cible, soit en favorisant sa dégradation. Aujourd’hui, les ASO peuvent également être conçus pour modifier le traitement ou l’épissage d’une cible. Les ASO thérapeutiques de la SMA sont conçus pour modifier l’épissage altératif du pré-ARNm SMN2 de sorte que l’exon 7 soit inclus dans le transcrit final traité. Comme nous l’avons vu dans les chapitres précédents, SMN2 diffère de SMN1 par une transition C-T qui se produit six nucléotides dans l’exon 7 (il existe d’autres différences entre les deux séquences, mais celle-ci est la plus importante sur le plan fonctionnel). La transition C-T crée un contexte inhibiteur étendu dans l’exon 7 (également connu sous le nom de » Exinct « ).63 Parce que l’exon 7 est autrement faiblement défini en raison d’un faible site d’épissage 5′, la mutation C-T dans SMN2 est suffisante pour faire pencher la balance de son inclusion à son exclusion.
Les éléments régulateurs d’épissage jouent un rôle important dans la détermination des sites reconnus par la machinerie d’épissage cellulaire. L’emplacement et la fonction des éléments SMN2 pertinents ont été identifiés par l’analyse de l’effet d’épissage d’une série étendue d’OSA conçus pour compléter la séquence SMN2 de manière progressive et itérative.63-Le motif est situé en aval du site d’épissage 5′ de l’exon 7 et se lie au répresseur d’épissage hnRNP A1.66-68 Les ASO ont été conçus pour induire de manière fiable l’inclusion de l’exon 7 en ciblant ISS-N1 ou d’autres éléments régulateurs.
Les ASO peuvent être conçus pour être bifonctionnels. Par exemple, il a été démontré que les ASO chimériques qui fusionnent les domaines de recrutement SR (peptide RS) à une séquence antisens qui supprime les motifs silencieux augmentent l’inclusion de l’exon 7 et les niveaux de protéine SMN dans les fibroblastes de patients ; une seule injection de l’ASO bifonctionnel était capable d’induire la protéine SMN dans le cerveau de souris néonatales et entraînait une prolongation de la durée de vie65,69. Cette stratégie de conception d’ASO, connue sous le nom d’ESSENCE (exon-specific splicing enhancement by small chimeric effectors), a été initialement poursuivie dans le traitement de la SMA, mais des études ultérieures ont montré que le peptide RS n’était pas nécessaire pour obtenir un effet robuste sur l’inclusion de l’exon 7 de SMN2. Étant donné qu’une approche chimérique introduit des difficultés dans la fabrication de l’ASO et limite la perméabilité cellulaire de l’ASO, les ASO bifonctionnels n’ont pas été testés de manière extensive chez la souris et ne sont pas actuellement développés cliniquement.62
Une fois qu’il a été démontré que les ASO ciblant l’ISS-N1 étaient remarquablement efficaces pour promouvoir l’inclusion de l’exon 7, la question stratégique suivante était d’identifier quel squelette d’ASO serait le mieux utilisé dans une thérapie potentielle de la SMA. Les oligonucléotides composant un ASO sont généralement modifiés pour optimiser les propriétés pharmaceutiques telles que l’absorption cellulaire, la toxicologie, la pharmacocinétique et la liaison à la cible. Une adaptation courante, issue d’une collaboration entre Ciba-Geigy Ltd. (aujourd’hui connue sous le nom de Novartis) et Isis Pharmaceuticals (aujourd’hui connue sous le nom de Ionis Pharmaceuticals), est le 2′-O-méthoxyéthyle (2′-MOE), qui augmente à la fois la résistance de l’ASO à la dégradation par les nucléases et l’affinité d’hybridation.70 Les oligonucléotides 2′-MOE se sont avérés très sûrs chez les rongeurs et les primates, y compris les humains62. L’administration d’un ASO 2′-MOE bloquant l’ISS-N1 a permis d’augmenter l’exon 7 du SMN2 de manière dépendante de la dose et du temps chez les souris SMA, améliorant la pathologie neuromusculaire et augmentant considérablement la survie.68,71,72 Ionis Pharmaceuticals, en collaboration avec Biogen, développe une thérapie ASO 2′-MOE appelée nusinersen (également connue sous le nom de IONIS-SMNRx et anciennement appelée ISIS-SMNRx). Les études précliniques du nusinersen chez les primates non humains ont démontré qu’une seule injection intrathécale pouvait entraîner les concentrations tissulaires nécessaires à une amélioration significative de l’inclusion de l’exon 7 et que ces concentrations étaient maintenues pendant plusieurs mois62. La longue demi-vie du médicament signifie que les patients peuvent ne nécessiter qu’une injection intrathécale tous les quelques mois.73 Dans une étude ouverte de phase 1 chez des patients atteints de SMA de type II/III âgés de 2 à 14 ans, une injection unique de nusinersen a été bien tolérée et semble avoir été corrélée à une augmentation des scores HFMSE à la dose la plus élevée.74 En juin 2015, Ionis a publié de nouvelles données issues d’une étude de phase 2 ouverte en cours sur le nusinersen chez des nourrissons de type I, qui ont montré que les nourrissons vivaient plus longtemps et atteignaient davantage d’étapes motrices que ce à quoi on pourrait normalement s’attendre compte tenu de l’histoire naturelle de la maladie.75 En outre, le mécanisme d’action du médicament a été étayé par des données montrant une augmentation de la quantité d’ARNm SMN2 pleine longueur et de la protéine SMN dans les tissus du cerveau et de la moelle épinière provenant d’autopsies de patients ayant reçu le traitement. Ionis a également publié les données de son étude d’extension ouverte de phase 2 chez des enfants atteints de SMA de type II/III, montrant que 57% des sujets ont obtenu une amélioration d’au moins trois points sur l’HFMSE et une amélioration moyenne de 55 m sur le test de marche de 6 minutes (6MWT).76 Des études de phase 3 du nusinersen sont actuellement menées à la fois chez des nourrissons et des adultes atteints de SMA (NCT02193074 ; NCT02292537) ; les résultats devraient être disponibles en 2017.
Bien qu’aucun problème de sécurité n’ait encore été observé avec l’utilisation du 2′-MOE dans le traitement de la SMA, certaines toxicités ont été associées aux ASO 2′-MOE dans d’autres populations de patients77,78. Les oligomères morpholino de phosphoroamidate (PMO) sont une autre modification du squelette en cours d’exploration pour une utilisation dans la SMA qui pourrait contourner ces problèmes. Les PMO se sont avérés plus efficaces que le 2′-MOE dans des modèles murins de la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD), une autre maladie neuromusculaire pédiatrique, et ont également été bien tolérés par les patients atteints de DMD.79 Une injection ICV de morpholino ASOs complémentaires à l’ISS-N1 a considérablement amélioré la survie des souris SMA sans aucun signe de toxicité pour le système nerveux central (SNC).80,81 Un morpholino ciblant l’ISS-E1, un silencieux d’épissage intronique situé en amont de l’exon 7, améliore également le phénotype des souris SMA.82 Cette approche n’a pas encore été appliquée en clinique.
La chimie du squelette d’un ASO peut avoir un impact sur l’adéquation à diverses méthodes d’administration, sur la nécessité de répéter les doses et sur les toxicités associées, ce qui a des implications importantes pour son utilisation thérapeutique. De plus, un ASO utilisé pour traiter la SMA doit rester pharmacologiquement actif dans les tissus du SNC, en particulier dans les motoneurones. Quel que soit le squelette, tout ASO conçu pour le traitement de la SMA devra probablement être administré directement dans le liquide céphalo-rachidien par injection intrathécale. Bien que certaines études utilisant l’administration périphérique d’ASO chez des souris néonatales aient montré une certaine efficacité, la barrière hémato-encéphalique n’est pas complètement formée chez les jeunes souris et un ASO administré par voie périphérique est capable de pénétrer dans le SNC à un degré qui n’est pas possible chez l’homme.71 De manière encourageante, il a été démontré que les ASO injectés par voie intrathécale se distribuent largement dans les tissus importants du SNC tels que les motoneurones, les astrocytes et la microglie72,83.-85
Bien que l’injection intrathécale soit quelque peu invasive et nécessite une sédation ou une anesthésie, les ASO présentent plusieurs avantages significatifs par rapport à d’autres modalités expérimentales, notamment une grande spécificité de cible, une efficacité remarquable, une faible toxicité par rapport à l’administration systémique des ASO et des processus de fabrication relativement simples par rapport aux produits biologiques (mais pas aux petites molécules). Vous trouverez plus d’informations au chapitre 18.