La thérapie génique
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La thérapie génique
1/ Article de Mélanie de 1ière 4S : La thérapie génique Dans le cadre du Téléthon se déroulant ce premier week-end de décembre et étant chercheur en génétique, j’expose pour cette revue scientifique mon savoir sur une maladie génétique traitée par thérapie génique : la bêta-thalassémie. Comme je l’ai indiqué ci-dessus, je suis chercheur en génétique. Pour parvenir à faire ce métier il faut y consacrer 12 à 13 ans d’étude. En effet il faut d’abord avoir fait des études scientifiques dans votre lycée. Parallèlement, pour pouvoir exercer le métier de technicien ainsi que mettre en œuvre des protocoles, il est nécessaire de faire une formation en IUT afin d’obtenir par la suite un DUT génie biologique. Est-ce les seuls diplômes à acquérir ? Non ! Afin de devenir ingénieur il faut au moins un bac +8 et auparavant il est obligatoire d’avoir un diplôme de niveau master, c’est-à-dire un bac +5 dans une grande école ou quelques fois par une formation universitaire. Est-ce là les seules études à envisager ? Non, il arrive toutefois que certains prennent une toute autre route telle qu’Axel Kahn qui lui a commencé à étudier la biochimie (étude qui permet de comprendre les mécanismes de maladies comme celles du sang) conjointement à son métier de médecin. De plus, il a fait des études à la faculté de médecine et de science et a été interne aux hôpitaux de Paris. Axel Kahn explique également que nous pouvons devenir généticien sans être médecin. D’après lui, nous devenons généticien lorsque nous voulons comprendre les mécanismes de transmission des caractères héréditaires pour n’importe quel organisme vivant. Ainsi, tout le monde peut parvenir à faire ce métier avec une réelle passion. Comme je le disais, pour cet évènement, j’ai décidé de traiter un exemple de maladie génétique traitée par thérapie génique. Il s’agit de la bêta-thalassémie. Très fréquente dans les populations méditerranéennes et asiatiques, cette maladie génétique et héréditaire touche jusqu’à 6% des nouveaux nés dans certains pays. En France, 350 à 400 personnes seraient malades. Naissant durant notre enfance, la bêta-thalassémie est en effet une maladie génétique qui affecte la molécule d’hémoglobine. Cette protéine est formée par le rassemblement de 4 chaînes globines : 2 chaînes a et 2 chaînes ß. L’hémoglobine, présente dans les globules rouges, a pour rôle de transporter le dioxygène dans le sang. Cette maladie se caractérise par la mutation ou l’anomalie du gène codant pour la ß-globine, un constituant essentiel de la molécule d’hémoglobine. Vous vous demandez sans doute que provoque cette anomalie !? Cette anomalie de l’hémoglobine, qui n’est plus produite en quantité suffisante à cause de l’altération des 2 exemplaires du gène bêta, conduit à une destruction des globules rouges fonctionnels. Les patients souffrent d’anémie profonde. Cette mutation a de fortes conséquences sur l’enfant malade : il ressent une fatigue chronique, il est plus sensible aux infections qu’un enfant non porteur de cette maladie, il grandit moins rapidement, est victime d’épaississements osseux avec les os de son visage qui sont susceptibles de se déformer. De plus, les malades présentent une augmentation du volume de la rate qui peut nécessiter son ablation. Leur survie est assurée par des transfusions régulières ainsi que l’élimination systématique du fer. La présence de ce dernier, à forte dose, très toxique, est due aux nombreuses transfusions. Seulement une question se pose, celle qui vous trotte dans la tête : Existe-t-il un traitement... ? Car en effet sans traitement, cette maladie est souvent mortelle. Cependant il existe par chance une solution : la modification du gène défectueux dû à l’anomalie. Seul ceci permet d’en guérir. Ce mécanisme relève de la thérapie génique. A quoi consiste-t-elle ? La thérapie génique consiste à prélever des cellules souches à l’origine des cellules sanguines dans la moelle osseuse du patient. Puis ces cellules sont mises en culture et nous y insérons une copie normale du gène de la bêta-globine. Cette copie est transportée dans les cellules du patient par le biais d’un vecteur viral (un virus inoffensif, dérivé du virus du sida). Parallèlement, le malade subit un traitement de chimiothérapie qui a pour but de détruire une partie de sa moelle osseuse en vue de laisser de la place aux cellules souches corrigées. Enfin, les cellules modifiées sont réinjectées chez le patient. Celles-ci se multiplient peu à peu afin de reconstituer la moelle osseuse et donner entre autre des globules rouges fonctionnels (le patient n’a alors plus besoin de transfusions). Le protocole expérimental de la thérapie génique exposé ci-dessous est mis en œuvre dans le cas de la bêtathalassémie. Celui-ci permet d’en guérir. Malgré un traitement efficace, la thérapie génique a néanmoins des limites. Il peut s’avérer quelques fois que ce mécanisme ne fonctionne pas comme nous l’aurions souhaité ou encore que des complications subviennent avant, pendant ou après la manipulation. En effet, la thérapie génique, par la transfusion d’hémoglobine, entraîne une accumulation de fer dans l’organisme. Avec le temps, le fer provoque des atteintes cardiaques et hépatiques, mais aussi des problèmes hormonaux. Afin de prévenir ces complications, un fixateur de fer doit alors être administré mais celui-ci a des effets indésirables. De plus, les chercheurs restent prudents car l’insertion du vecteur peut également activer un gène, le HMGA2, dans certaines cellules. Ce gène entraîne une prolifération de ces cellules. Un suivi à long terme est donc indispensable pour voir si cela n’entraîne pas de cancer du sang tel que la leucémie. De plus, à l’heure actuelle, il est impossible d’établir un pronostic sur le long terme, c’est pourquoi de nombreuses questions peuvent encore se poser : Ce traitement par thérapie génique sera-t-il efficace durant toute l’existence du patient ou faudra-t-il le renouveler ? La bêta-thalassémie connaîtra-t-elle d’autres moyens de se faire soigner ? 2/ Article d' Honorine de 1ière 5S : La thérapie génique Le métier de chercheur en génétique est un métier passionnant mais loin d'être donné à tout le monde. Il faut obligatoirement aimer travailler en équipe et être très investi dans son travail. Il faut également apprécier la biologie moléculaire, les nouvelles technologies, l’informatique, l’innovation et savoir effectuer un travail minutieux. Malheureusement, il ne suffit pas de posséder ces qualités pour devenir chercheur en génétique. Pour y parvenir, l’obtention d’un bac scientifique est nécessaire. Pour exercer en tant que technicien et mettre en œuvre des protocoles, une formation en IUT permet d'obtenir un DUT génie biologique. Le niveau requis pour devenir ingénieur est d'au moins bac +8. Il faut d'abord obtenir un diplôme de niveau master (bac +5), dans une grande école ou dans certains cas par une formation universitaire. Nous avons interrogé Axel Kahn, médecin généticien. Il nous explique que la génétique « permet de comprendre les mécanismes de transmission des caractères héréditaires d'un être vivant. » Il nous fait ensuite part de ses trois passions : « la biologie pour comprendre les mécanismes de la vie, la médecine pour améliorer les perspectives de traitements, et la recherche pour former les jeunes chercheurs. » Posséder ces passions est donc indispensable pour exercer en tant que chercheur en génétique. Nous avons travaillé sur un exemple de maladie génétique : la bêta-thalassémie qui est traitée par une thérapie génique. La bêta-thalassémie, appelée aussi « maladie des globules rouges », est caractérisée par un déficit total ou partiel de synthèse des chaînes de bêta-globine de l'hémoglobine. L’hémoglobine, qui est une protéine, est produite par les cellules sanguines. Cette protéine permet la transportation du dioxygène dans le sang par les hématies (ou globules rouges). L’hémoglobine est formée par l’association de quatre globines (deux globines alpha et deux globines bêta). Chacune de ces globines est une chaîne protéique repliée sur elle-même, constituée d’une suite de petites molécules appelées acides aminés. La bêta-thalassémie se caractérise par l’absence de la chaîne bêta de l’hémoglobine. Les bêta-thalassémies sont de sévérités variables : certaines formes n’entraînent aucun symptôme (bêta-thalassémies dites mineures) et d’autres mettent la vie en danger. Les bêta-thalassémies sévères (dites majeures et intermédiaires) se caractérisent par une anémie (manque de globules rouges et d’hémoglobine). Celle-ci se traduit par une pâleur, une grande fatigabilité, parfois des vertiges et des essoufflements. L’anémie peut s’accompagner de complications diverses (problèmes de croissance, déformations osseuses…). Selon la gravité de l’anémie, les premiers signes vont apparaître dans la petite enfance (entre 6 et 12 mois) ou plus tardivement. Dans les formes majeures, des transfusions sanguines mensuelles systématiques sont nécessaires pour permettre une croissance et une activité normale. Les transfusions permettent de rétablir une quantité acceptable de globules rouges et donc de faire disparaître ou de diminuer significativement les symptômes d’anémie. Cependant, les transfusions répétées ont un effet secondaire grave : elles entraînent une accumulation de fer dans l’organisme des malades qui devient toxique, perturbant le fonctionnement normal des organes atteints. Une solution plus définitive est la greffe de cellules souches de moelle osseuse ; mais ce traitement reste soumis à la difficulté de trouver un donneur compatible. Elle n’est pas non plus idéale, car le greffon, prélevé chez un donneur, peut être rejeté par le système immunitaire du patient, ou inversement réagir contre l’organisme. C’est pour cela qu’avoir recours à la thérapie génique est préférable et représente une alternative. La thérapie génique est une méthode thérapeutique destinée aux patients souffrant de maladies génétiques donc porteurs d'allèles déficients. Le principe général de cette thérapie consiste à insérer dans une cellule le gène qui lui fait défaut. Il faut pour cela disposer de vecteurs (virus ou autre) capables d’intégrer ce gène au génome des cellules. Dans le cas de la bêta-thalassémie, les cellules souches à l’origine des cellules sanguines sont prélevées dans la moelle osseuse du patient. Puis ces cellules sont mises en culture et une copie normale du gène de la bêta-globine y est insérée. Ce gène est transporté par un vecteur viral (un virus inoffensif), le vecteur lentiviral, dérivé ici du virus du sida (VIH). Un virus a la particularité de pénétrer facilement dans l’organisme. Ensuite, le patient subit un traitement de chimiothérapie afin de détruire une partie de sa moelle osseuse en vue de laisser de la place aux cellules souches corrigées. Enfin, les cellules modifiées sont réinjectées chez le patient. Le vecteur se retrouve ainsi à l’intérieur du noyau, et le gène fonctionnel est libéré. La cellule peut alors produire la protéine absente et la fonction déficiente est rétablie : la cellule est traitée. Schéma montrant le protocole expérimental de thérapie génique dans le cas de la bêta-thalassémie Mise en culture des cellules souches et du gène de la bêta-globine, infection de la cellule par le virus modifié Cellules souches du patient Insertion du virus modifié avec les cellules souches Prélèvement de moelle osseuse Gène bêta-globine Coquille vide du virus du sida inoffensif (vecteur lentiviral) Cellules souches génétiquement modifiées Insertion du gène bêta-globine dans le vecteur lentiviral, le virus est alors génétiquement modifié Construction du vecteur viral Injection intraveineuse des cellules génétiquement modifiées Chimiothérapie (élimination des cellules malades de la moelle osseuse) Néanmoins, cette thérapie génique a des limites. Après l’injection des cellules génétiquement modifiées, le séquençage de l’ADN montre que, dans la moitié des cellules modifiées, le vecteur viral s’est inséré dans le gène qui code la protéine HMGA2. Cette protéine est connue pour participer à la régulation de la prolifération et de la différenciation cellulaire. Seize mois après la greffe, l’expression de ce gène, qui est normalement nulle, augmente de 10 000 fois. De plus, dans plusieurs types de tumeurs cancéreuses, la protéine HMGA2 est en quantité anormalement élevée. La surproduction observée chez le patient traité pourrait alors provoquer une leucémie, un suivi à long terme est donc nécessaire. Honorine