CLa signalisation par l’alcium fait partie intégrante du bon fonctionnement des neurones. Les mutations qui altèrent ce processus provoquent divers troubles neurologiques. Dans le syndrome de Timothy (TS), une mutation ponctuelle du gène Sous-unité de canal dépendant de la tension de calcium Alpha1 C (CACNA1C) retarde la fermeture des canaux calciques, augmentant ainsi le calcium intracellulaire, ce qui améliore par conséquent l’activation des neurones. La mutation entrave également la migration des neurones au cours du développement et altère leurs projections dendritiques.
Dans une étude publiée dans Nature, Sergiu Paşcaneuroscientifique à l’Université de Stanford, a étudié les oligonucléotides antisens comme intervention dans ce domaine. CACNA1C mutation de l’exon et a montré que le traitement rétablissait la fonction du canal CACNA1C.1 Ces résultats ouvrent la voie à l’adoption de cette approche dans les essais cliniques en tant que traitement potentiel du TS.
« Au cours des 15 dernières années, nous comprenons de mieux en mieux cette maladie », a déclaré Paşca. Récemment, lui et son équipe ont développé des neurones modèles de cellules souches et en trois dimensions organoïdes cérébraux à partir des neurones de patients atteints de TS pour explorer cette biologie.2,3
« Nous avons soudainement eu suffisamment d’informations sur la biologie des maladies grâce à l’utilisation de ces modèles de cellules souches humaines pour qu’une opportunité thérapeutique soit devenue une possibilité », a-t-il déclaré.
Le groupe de Paşca étudie un type TS provoqué par une mutation de l’exon huit A. Normalement, au cours du développement, les cellules cessent d’utiliser cet exon et favorisent l’exon huit, dans un processus médié par l’épissage. Cependant, les neurones des patients atteints de ce CACNA1C la mutation continue à utiliser l’exon muté. L’équipe de Paşca a examiné si l’inhibition de l’épissage de l’exon muté encouragerait le passage à la variante alternative intacte et traiterait l’activité neuronale dérégulée.
L’équipe a exploré les oligonucléotides antisens (ASO), qui sont de courtes séquences nucléotidiques qui se lient à l’ARN cible, pour inhiber l’épissage au niveau de l’exon huit A. Ils ont traité des neurones et des organoïdes 3D différenciés des cellules souches pluripotentes induites (iPSC) de patients atteints de TS avec différents ASO. En utilisant la qPCR et l’analyse du polymorphisme de longueur des fragments de restriction, ils ont découvert que plusieurs ASO réduisaient l’expression de l’exon huit A.
« Le fait qu’ils puissent rendre cette variante huit A moins représentative dans la population… avec l’oligothérapie, c’était vraiment bien », a déclaré Daniel Vogt, un neuroscientifique du développement à la Michigan State University qui n’a pas participé à la recherche. « Cela montre que c’est faisable. »
Ensuite, les chercheurs ont vérifié si l’expression réduite de l’exon huit A améliorait la fonction du canal calcique CACNA1C. L’équipe a traité des organoïdes dérivés d’iPSC normales et d’iPSC provenant de patients TS avec les candidats ASO les plus performants. En utilisant l’imagerie calcique et le patch clamping de cellules entières, ils ont montré que l’ASO inversait le phénotype de désactivation retardée observé dans les organoïdes TS traités avec le véhicule témoin.
Pour évaluer si ASO a corrigé la migration des neurones, l’équipe a généré deux organoïdes cérébraux différents. L’un de ces organoïdes comprenait des neurones migrateurs que les chercheurs ont marqués avec GFP pour suivre le mouvement des cellules. Ils ont co-cultivé ces deux types d’organoïdes pour former des assembloïdes, qui modélisent différentes régions du cerveau qui communiquent entre elles, et ont imagé la migration des neurones par microscopie confocale avant et après le traitement par ASO. Alors que les neurones des assembloïdes TS ont migré moins efficacement que ceux dérivés de cellules normales, le traitement ASO a rétabli une activité de migration normale.
Sergiu Paşca, neuroscientifique à l’Université de Stanford, et son équipe ont montré que les oligonucléotides antisens peuvent bloquer une variante d’épissage mutée dans les neurones de patients atteints du syndrome de Timothy pour restaurer leur fonction.
Université de Stanford
Paşca a expliqué que même si ces résultats étaient passionnants, ils étaient toujours cuits dans un plat, alors lui et son équipe se sont tournés vers un modèle de transplantation étudier l’effet de l’ASO in vivo.4 L’équipe a implanté des organoïdes corticaux provenant de neurones de patients normaux ou TS chez des rats nouveau-nés et a injecté aux animaux de l’ASO ou une solution saline environ 200 jours plus tard.
En effectuant la qPCR, l’équipe a découvert qu’ASO diminuait l’expression de l’exon huit A dans les tissus cérébraux de rat et dans les tissus des organoïdes implantés. Lorsque l’équipe a évalué la quantité de calcium à l’intérieur des cellules après avoir stimulé la dépolarisation en présence d’un indicateur de calcium, ils ont constaté que l’ASO réduisait le calcium intracellulaire dans les neurones organoïdes corticaux de TS iPSC après excitation. En utilisant la microscopie confocale, l’équipe a également confirmé que le traitement ASO des organoïdes TS transplantés augmentait la quantité de projections de dendrites.
Mark Dell’Acqua, un neuroscientifique de l’Université du Colorado qui n’était pas affilié à l’étude, a été impressionné par le nombre d’approches utilisées par l’équipe pour étayer ses conclusions. « Ils ont vraiment exploité le modèle neuronal dérivé de l’iPSC humaine, en particulier ces organoïdes maintenus in vitro ex vivo, pour étudier comment vous pourriez peut-être inverser le changement génétique en utilisant ces oligonucléotides antisens en modifiant l’épissage. »
Cependant, il a souligné que certains des effets neurologiques du TS pourraient être mis en place au cours du développement embryonnaire, et il n’est pas encore clair si ce type de traitement pourrait corriger les déficiences de manière rétroactive. Néanmoins, il a déclaré que l’étude constituait une première étape importante. « Cela met l’accent sur une application supplémentaire réussie de la technologie ASO pour réguler l’épissage afin de corriger une maladie génétique », a déclaré Dell’Acqua.
Les références
- Chen X et coll. Approche thérapeutique oligonucléotidique antisens pour le syndrome de Timothy. Nature. 2024;628:818-825
- Paşca SP, et al. Utilisation de neurones dérivés d’iPSC pour découvrir des phénotypes cellulaires associés au syndrome de Timothy. Nat Med. 2011;17:1657-1662
- Birey F, et al. Assemblage de sphéroïdes de cerveau antérieur humain fonctionnellement intégrés. Nature. 2017;545:54-59
- Revah O, et al. Maturation et intégration de circuits d’organoïdes corticaux humains transplantés. Nature. 2022 ; 610 : 319-326
