vie de l`OIE

vie de l’OIE
Les biotechnologies
basées sur l’ARN et
leurs effets potentiels
sur la santé animale
infectieuses ; il est clair néanmoins qu’au fur et à
mesure de leur développement, les technologies
basées sur l’ARN seront à même de réguler d’autres
aspects de la vie animale, entraînant une amélioration
de la santé animale.
Les technologies basées sur l’ARN
Objet du document
L’ARN est généralement associé à la transcription
Les perspectives ouvertes par les nouvelles
des gènes. Dans ce contexte, l’ARN messager (ARNm)
biotechnologies vont sans doute modifier l’usage
code pour les protéines qui forment la cellule et qui
qui est fait des animaux ainsi que notre manière
sont, de ce fait, des composantes fondamentales
de les soigner. La plupart des avancées dans
de la vie. Il existe plusieurs types d’ARN. Si l’existence
ce domaine permettent de mieux lutter contre
des ARN non codants est connue depuis la seconde
des maladies spécifiques ou de mieux gérer
moitié du 20 e siècle, on sait maintenant qu’ils exercent
les ressources animales. Régulièrement,
des fonctions essentielles pour la croissance et la
des biotechnologies nouvelles sont mises au point,
survie des organismes biologiques. Les technologies
susceptibles d’avoir un effet bénéfique sur
basées sur l’ARN exploitent les propriétés de plusieurs
la santé animale ; rares sont néanmoins celles
de ces ARN non codants.
qui permettent d’intervenir sur tous les aspects
Il existe toute une gamme de technologies basées
de la production et de la santé animales. La seule
sur l’ARN qui présentent de subtiles différences,
biotechnologie à laquelle on puisse reconnaître
chacune d’elles ayant des attributs et un potentiel
actuellement une dimension aussi large est la
de commercialisation spécifiques. La première à avoir
vaccination. Aujourd’hui, les possibilités offertes
été identifiée est celle de l’ARN antisens. Plus
par les technologies basées sur l’acide
fascinante encore fut la découverte de molécules
ribonucléique (ARN) suscitent un optimisme
d’ARN qui se comportent comme des enzymes, par
comparable. De plus, pour diverses raisons,
exemple les ribozymes. Néanmoins, c’est la
leur impact risque d’être très rapide, ce qui
découverte de l’interférence de l’ARN (ARNi) qui a
impose aux organisations comme l’OIE d’être
finalement propulsé les technologies basées sur l’ARN
en mesure de l’anticiper.
; celles-ci sont ainsi passées de simples outils de
Le présent document d’orientation a été
laboratoire à ce que l’on considère aujourd’hui comme
préparé pour être examiné par le Groupe ad hoc
le produit phare de la médecine du 21e siècle. Signe
de l’OIE sur la biotechnologie durant sa réunion
de cet enthousiasme, huit années seulement se sont
de novembre 2007. Il a pour objet de présenter
écoulées entre la découverte par Andrew Fire et Craig
plusieurs technologies basées sur l’ARN, d’en
Mellowaux de la capacité de l’ARNi de rendre
expliquer les applications potentielles en santé
silencieux des gènes chez les animaux, et l’attribution
animale et de donner des exemples de projets
du Prix Nobel de médecine à ces deux chercheurs.
actuellement développés en laboratoire ; il
Les technologies basées sur l’ARN sont donc
s’achève sur quelques propositions pour que l’OIE
nombreuses et impliquent différents modes d’action ;
puisse appréhender l’impact de ces technologies
cependant, elles ont toutes en commun d’inhiber la
dans les vingt prochaines années. L’examen
quantité de protéine fonctionnelle produite à partir
se limitera aux stratégies visant les maladies
d’un gène donné.
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L’interférence de l’ARN (ARNi)
basée sur des molécules naturelles d’ARN appelées
Alors que le mécanisme de l’ARNi chez les
micro-ARN (ARNmi). Contrairement aux ARNsi, les
mammifères est connu depuis moins de dix ans, le
ARNmi présentent une homologie de séquences
terme d’ARNi est devenu d’un emploi courant dans
partielle avec l’ARNm cible.
les discussions sur la régulation de l’expression des
gènes. Les molécules d’ARNi se présentent sous
L’ARN antisens et les ribozymes
différentes formes, par exemple comme ARNsi,
Outre l’ARNi, qui apparaît aujourd’hui comme la plus
ARNsh ou ARNmi (voir ci-dessous). Elles ont toutes
prometteuse d’entre elles, d’autres technologies
la propriété de se comporter à l’égard des ARN
basées sur l’ARN présentent également un grand
messagers cibles en fonction du degré d’homologie
intérêt. Les ARN antisens sont des ARN
que ceux-ci présentent avec elles. Du point de vue
monocaténaires complémentaires des ARNm cibles
fonctionnel, la composante la plus importante de
qui vont bloquer l’activité de traduction.
l’ARNi est une petite molécule d’ARN
Malheureusement, les applications faisant appel à ce
monocaténaire comportant environ 20 bases de
type de molécules s’avèrent difficiles.
nucléotides qui peuvent se lier directement à un
Rétrospectivement, il semble que nombre d’effets
ARN messager cible. Si cette interaction a lieu dans
prêtés aux ARN antisens doivent en réalité être
le noyau, elle entraîne généralement la dégradation
attribués à l’activité des ARNi.
de l’ARNm cible, alors que si elle a lieu dans le
Les ARN antisens bloquent physiquement les
cytoplasme elle entraîne une réduction de la
processus cellulaires, tandis que les molécules
traduction de l’ARNm en protéines. Dans les deux
d’ARNi déclenchent la destruction des ARN cibles par
cas il y a réduction du produit génique, ce que l’on
des enzymes normales de la cellule. Néanmoins,
désigne souvent par le terme de déplétion génique
certaines molécules d’ARN sont dotées de leur propre
(gene knockdown).
activité enzymatique. Les ribozymes, qui se lient
Les molécules d’ARNi se présentent sous
spécifiquement à d’autres molécules cibles de l’ARN
différentes formes. Sous leur forme la plus banale,
et catalysent ensuite leur clivage représentent une
il s’agit de petites molécules double brin appelées
alternative intéressante à l’ARNi. Néanmoins, ici
« petits ARN interférents » (ARNsi). L’un des brins
encore, les applications faisant intervenir les
de la molécule d’ARNsi présente une homologie
ribozymes s’avèrent difficiles.
parfaite avec l’ARN cible, c’est-à-dire que si l’ARN
possédera un nucléotide à adénine. Ces molécules
Les autres technologies basées
sur l’ARN et les évolutions futures
d’ARN sont de petite taille (de 20 à 25 nucléotides)
D’autres types d’applications basées sur l’ARN, peut-
et se dégradent rapidement, ce qui limite leur
être plus limitées en termes de potentiel, trouveront
utilisation au seul laboratoire. Pour prolonger leur
néanmoins des usages spécifiques en santé animale.
durée de vie, les ARNsi doivent être incorporés
C’est le cas des ARN leurres, qui imitent les
dans un vecteur d’expression fonctionnant comme
molécules normales d’ARN et entrent en compétition
un gène. Les premiers vecteurs de ce type, basés
avec elles pour former d’autres molécules d’ARN. Les
sur les promoteurs de l’ARN polymérase III, ont
ARN leurres sont généralement porteurs de
reçu le nom d’ARN courts en épingle à cheveux
composantes chimiques modifiées qui gênent la
(ARNsh) en référence à leur structure physique. En
structuration des ARN et/ou modifient leur cinétique
2001, Thomas Tuschl a montré que ces vecteurs
de liaison.
cible possède un nucléotide à uracile, alors l’ARNsi
pouvaient fonctionner dans les cellules des
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Quant à l’avenir, d’intenses travaux de recherche
mammifères. Les vecteurs de deuxième génération
sont d’ores et déjà consacrés à la synthèse de
utilisent les promoteurs de la polymérase II et
molécules analogues d’acides nucléiques. Ces
permettent une régulation spatio-temporelle de
molécules modifiées permettent d’obtenir des
l’activité de déplétion génique ; leur structure est
molécules d’ARN plus stables, ce qui accroît
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stratégies transgéniques. Dans ce cas, la molécule
morpholino en est un premier exemple, quoique son
d’ARNi n’est produite qu’en présence d’un facteur
utilisation chez les mammifères soit sujette à
déclencheur approprié (par exemple l’agression
caution. D’autres analogues d’acides nucléiques
d’un agent pathogène ou d’une toxine).
viennent d’être récemment synthétisés : les acides
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significativement les applications potentielles. Le
En ce qui concerne l’administration des
nucléiques verrouillés (LNA) et les acides
applications à visée thérapeutique, la plupart des
nucléiques peptidiques (PNA), dont la stabilité
questions qui se posent sur le mode
biologique est remarquable. De nombreuses autres
d’administration ou sur le bien-être animal sont les
molécules analogues d’ARN seront probablement
mêmes que pour la vaccination. Une deuxième
synthétisées dans un avenir proche.
administration peut s’avérer nécessaire. En
revanche, la production d’animaux génétiquement
Modalités d’administration
des molécules d’ARN
modifiés risque de soulever des questions tout à fait
En pratique, deux stratégies d’administration sont
mais elle aura sans doute des effets bénéfiques tant
envisageables pour les technologies basées sur
pour l’animal lui-même, en avantageant un
l’ARN. Elles pourront être administrées dans le
phénotype, que pour sa descendance, en élaborant
cadre d’une thérapie génique ou d’une stratégie
un génotype amélioré qui sera transmis aux
vaccinale. Ou bien, elles pourront servir à fabriquer
générations suivantes.
nouvelles liées aux procédures de cette production,
un transgène qui sera introduit dans la lignée
du type de molécule d’ARN administrée, il en
Les applications possibles
des biotechnologies basées
sur l’ARN en santé animale
résultera une altération éphémère ou permanente
L’expérimentation des approches visant à réguler
de l’activité des gènes. Par exemple, le recours à
l’activité des gènes au moyen de l’ARN a commencé
l’ARNsi a pour effet une altération éphémère de
il y a déjà quelque temps. Malgré des avancées
l’activité des gènes, similaire, en un sens, à la
techniques importantes et le fait que certaines
vaccination, à la différence près que cette altération
stratégies sont déjà en cours de validation, laissant
dure beaucoup moins longtemps que la protection
présager une application vétérinaire rapidement
conférée par la vaccination. Les utilisations possibles
disponible sur le terrain, la plupart des applications
de l’ARNsi sont donc limitées par cette durée. Dans
sont encore au stade expérimental. En revanche,
le cadre d’une stratégie thérapeutique, l’objectif
nombre d’applications destinées à la médecine
recherché est que la modification de l’activité des
humaine ont déjà fait l’objet d’études précliniques,
gènes dure aussi longtemps que les cellules
de sorte que l’on peut raisonnablement s’attendre à
porteuses de la molécule d’ARN survivront dans
une accélération de l’utilisation de ces
l’organisme de l’animal. Les molécules analogues
biotechnologies basées sur l’ARN chez l’animal.
germinale dans le but de produire un animal
transgénique ou génétiquement modifié. En fonction
d’ARN rendent cette stratégie très intéressante.
Il est également possible d’administrer des
Le principal usage des technologies basées sur
l’ARN en santé animale sera de combattre
ARNsh ou des ARNmi en tant que transgènes dans
l’infection. Deux approches conceptuelles prévalent
le but de produire des animaux génétiquement
actuellement quant à la manière d’utiliser les
modifiés. Dans cette approche, le transgène ARNi
molécules d’ARN pour traiter les maladies
est transmis sans altération à la descendance de
infectieuses : on peut s’attaquer directement à
l’animal d’origine, puis aux générations suivantes.
l’agent pathogène, ou bien on peut renforcer la
Une construction plus sophistiquée de molécules
réponse immune de l’animal. La première approche
d’ARNi faisant intervenir une déplétion induite de
se limitera probablement aux maladies virales,
l’activité des gènes est également envisageable,
tandis que la deuxième pourra être plus largement
aussi bien pour les thérapies géniques que pour les
utilisée contre de nombreux pathogènes.
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L’application la plus probable consistera à
Si ce type d’intervention s’avérait réalisable, elle
interférer avec le mécanisme d’infection virale. Il
pourrait avoir des conséquences très importantes
s’agit de permettre à une molécule d’ARN de cibler
pour la santé animale : en effet les deux tiers des
directement l’agent pathogène. En substance, la
maladies de l’ancienne Liste A de l’OIE sont des
molécule d’ARN intervient en complément du
maladies virales dues à des virus ARN. La preuve de
système immunitaire inné de l’animal, dressant une
concept de cette méthode a été réalisée pour le virus
protection supplémentaire contre l’infection ou
de la fièvre aphteuse ainsi que pour certains
contre la réplication virale. Les exemples ci-après
pathogènes humains comme un virus de l’hépatite, le
illustrent ces approches.
virus de la poliomyélite et le virus de
l’immunodéficience humaine (VIH). Compte tenu du
Lutte contre le virus
de la fièvre aphteuse chez le bétail
succès des technologies basées sur l’ARN contre les
Le virus de la fièvre aphteuse est un virus à ARN
similaires devraient pouvoir s’appliquer aux rétrovirus
monocaténaire appartenant à la famille des
animaux tels que le virus de l’adénomatose
Picornaviridae ; l’infection se traduit par de la fièvre,
pulmonaire ovine, le virus de maedi-visna et le virus
l’apparition de vésicules au niveau de la bouche et
de l’anémie infectieuse équine.
infections rétrovirales humaines, des approches
des extrémités, une perte de poids et une chute de
animaux guérissent. Le virus de la fièvre aphteuse
Interférer avec l’infection
par le virus influenza aviaire
est présent à l’état enzootique dans de nombreux
L’influenza aviaire hautement pathogène est une
pays en développement ; dans les pays développés,
maladie grave des volailles (mais le virus de
il peut être responsable d’épizooties.
l’influenza affecte bien d’autres animaux, y compris
la production de lait. Dans la plupart des cas, les
Le virus de la fièvre aphteuse s’introduit dans
les cellules de l’hôte par l’intermédiaire d’un
négligeable. La maladie est causée par un virus à
récepteur spécifique. Une fois dans la cellule, le
ARN monocaténaire de polarité négative appartenant
virus lance la fabrication de nouvelles molécules
à la famille des Orthomyxoviridae. Les animaux
virales d’ARN en encodant une polymérase à cet
infectés présentent une hyperthermie et d’autres
effet. Ce cycle constitue une cible possible pour les
signes cliniques, généralement suivis de la mort. Du
applications basées sur l’ARN. En effet, la
fait de la structure du génome viral et des stratégies
possibilité d’inhiber ce récepteur, même
de multiplication de ce virus, de nombreuses
provisoirement, permettra de réduire la sensibilité
mutations ponctuelles ou des réassortiments
en cas de vagues d’infection. Une autre manière de
provoquent des dérives ou des cassures antigéniques.
procéder est de détruire la polymérase virale afin de
En conséquence, la vaccination ne protège que
cibler en même temps l’expression du gène et la
pendant un temps limité.
réplication du génome viral, freinant ainsi la
progression de la maladie chez l’animal infecté.
Le recours aux technologies basées sur l’ARN
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les porcins) ; elle comporte un risque zoonotique non
Comme cela a été décrit plus haut, certaines
technologies basées sur l’ARN ciblent le génome viral
et réussissent à le détruire. Il se peut aussi qu’une
contre le virus de la fièvre aphteuse est
évolution inhabituelle de la multiplication virale
particulièrement prometteur. Sept sérotypes au
devienne une cible plus facile pour les molécules
moins du virus de la fièvre aphteuse ont été
d’ARN. Les nouveaux brins d’ARN intégrant tous la
répertoriés, chacun d’eux évoluant en permanence.
même séquence de liaison, les leurres dirigés contre
L’immense variabilité génétique qui en résulte et
cette séquence peuvent jouer le rôle d’inhibiteurs de
l’absence de protection croisée d’un sérotype à
l’expression de gènes du virus de l’influenza. Cette
l’autre sont des problèmes qui compliquent
approche est actuellement en cours
l’approche vaccinale. En revanche, la polymérase
d’expérimentation, dans l’espoir d’utiliser ces leurres
virale est stable.
contre le virus de l’influenza.
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Des vaccins et plusieurs médicaments sont
Conclusion
disponibles pour lutter contre l’influenza aviaire.
Les progrès accomplis au laboratoire laissent
Une fois validées, les technologies basées sur
penser que les biotechnologies basées sur l’ARN
l’ARN viendront appuyer ces stratégies. On pense
pourront bientôt s’appliquer aux animaux. Le
aujourd’hui que l’intérêt majeur des technologies
domaine d’application le plus probable est la prévention
futures basées sur l’ARN par rapport aux vaccins
et la réduction des maladies. Il existe plusieurs
actuels réside dans leur capacité à s’attaquer
biotechnologies basées sur l’ARN ; elles ont
simultanément à plusieurs souches de virus.
généralement en commun de viser à réduire
la production de protéines par un gène donné.
Nouvelles stratégies
de lutte contre les maladies
Pour l’heure, les plus prometteuses d’entre
Des test de laboratoire sont en cours pour
à combattre l’infection virale en inhibant l’activité
évaluer les technologies basées sur l’ARN
des gènes viraux. Les effets sur la santé animale
mentionnées ci-dessus. Deux ou trois années
des biotechnologies basées sur l’ARN devraient
seront nécessaires avant que l’efficacité de ces
se faire sentir dans les dix années à venir.
méthodes soit définitivement établie. En parallèle,
elles pour la santé animale sont celles qui visent
Les premières applications iront en priorité
d’autres études de portée plus théorique sont
là où la prévention ou les traitements s’avèrent
déjà planifiées dont l’impact devrait être positif
inefficaces, voire inexistants. Puis il sera peut-être fait
pour la santé animale et la médecine vétérinaire.
appel aux animaux modifiés génétiquement. D’autres
Par exemple, il deviendra possible de diriger
stratégies s’apparenteront davantage aux approches
l’expression d’une molécule d’ARN vers les
vaccinales actuelles. De fait, les technologies basées
cellules ingérées par un pathogène, notamment
sur l’ARN pourront être appliquées en complément
les cellules épithéliales intestinales ou les cellules
de la vaccination, ou parallèlement.
sanguines. La molécule d’ARN sera programmée
Il est souhaitable que des lignes directrices
pour tuer le pathogène (par exemple, une tique
donnent des orientations en matière de stratégies
ou un insecte hématophage) dès qu’il entre
d’administration, y compris pour les applications
en contact avec l’organisme. La démonstration
utilisant des animaux génétiquement modifiés. Certains
de principe de la faisabilité de cette ingénieuse
aspects pratiques de l’administration de molécules
stratégie vient d’être apportée pour des
d’ARN feront probablement référence à des questions
plantes transgéniques.
déjà résolues dans le cadre des stratégies
Un autre possibilité consistera à administrer
médicamenteuses et vaccinales. Les considérations
à l’animal des molécules d’ARN ciblant
et les réglementations portant sur ces molécules seront
des gènes endogènes au lieu de l’agent
donc proches de celles qui ont déjà été examinées
pathogène. Cette approche pourrait servir
et validées pour la vaccination, avec peut-être quelques
à réguler le niveau de cytokines, certains aspects
différences de détail dues à la spécificité de la molécule
de l’immunité innée ou d’autres propriétés
d’ARN utilisée. Il est souhaitable que des lignes
permettant d’améliorer la capacité de l’animal
directrices soient élaborées pour garantir un niveau
à se défendre contre une maladie. Par exemple,
approprié de qualité, d’efficacité et d’innocuité
on pourra limiter le nombre de récepteurs
de ces produits.
cellulaires de surface utilisés par un pathogène
Le principal moteur du développement des
pour pénétrer dans la cellule, entravant ainsi
technologies basées sur l’ARN est la volonté de réduire
la possibilité d’infection virale. Il s’agit d’une
la prévalence et la gravité des maladies humaines.
stratégie ambitieuse, dans la mesure où
Très rapidement, les réussites dans ce domaine
une telle régulation des gènes risque d’avoir
pourront également s’appliquer aux animaux.
toute une série d’effets sur le phénotype
de l’animal.
Bruce Whitelaw
Roslin Institute, Royaume-Uni
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