La thérapie génique représente une avenue prometteuse pour traiter des maladies génétiques, mais son application sur l'embryon soulève des questions éthiques et scientifiques complexes. Cet article explore le fonctionnement de la thérapie génique, en particulier dans le contexte embryonnaire, ainsi que les enjeux et les perspectives liés à cette approche.
Principes de la thérapie génique
La thérapie génique est définie comme l’introduction délibérée de matériel génétique dans les cellules somatiques humaines dans le but de corriger un défaut génétique ou de pallier le manque d’une protéine en apportant le gène responsable de sa synthèse, comme l'a souligné Raymond Ardaillou. De grands efforts ont été accomplis ces dix dernières années pour parvenir à un transfert de gène efficace et durable avec l’espoir de réussir là où les thérapeutiques usuelles avaient échoué.
Stratégies et modalités
La thérapie génique a été appliquée selon des stratégies et des modalités multiples qui varient avec le but recherché (complémentation ou réparation), le type de nucléotide transféré (ADN complémentaire, ADN génomique, oligonucléotide synthétique ou chimère d’ADN et d’ARN), le vecteur d’administration utilisé (viral ou non viral) et enfin le protocole clinique retenu (administration du transgène in vivo ou ex vivo dans des cellules préalablement prélevées et purifiées).
Plus exceptionnellement, il a été essayé de réparer in situ un gène porteur d’une mutation ponctuelle par chiméraplastie. Cette technique consiste à transférer un oligonucléotide chimérique fait d’ADN et d’ARN qui s’hybride à la région à corriger et déclenche le processus physiologique de réparation.
Vecteurs viraux et non viraux
Pour faciliter la pénétration du transgène dans la cellule, on fait appel à des vecteurs viraux ou à d’autres méthodes. Le vecteur viral permet une meilleure efficacité du transfert et assure l’expression prolongée du gène transduit, tout au moins s’il est intégré dans le génome. Les inconvénients et risques, certains ayant un caractère théorique, sont la taille limitée de l’ADN transféré, les infections dues à la dissémination et à la réplication du virus ou même au nombre trop élevé de particules virales injectées, la possibilité de recombinaison du virus administré avec un virus sauvage, les réactions immunitaires vis-à-vis des protéines de l’enveloppe virale et la transformation maligne des cellules transduites.
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Au contraire, les méthodes d’administration non virales éliminent tous les risques liés à l’injection d’un virus, permettent le transfert d’un segment d’ADN de grande taille et facilitent la production industrielle du médicament en supprimant toutes les étapes complexes relatives à la préparation et à la transformation du virus en un outil sans danger. La recherche d’un vecteur performant et sûr est toujours d’actualité malgré les nombreux progrès effectués.
Le principe général de conception d’un vecteur viral est de déléter les régions du génome commandant la réplication du virus tout en maintenant son pouvoir infectant. Pour cela, les virus défectifs en gènes de structure sont introduits dans des cellules d’« empaquetage » ou de « complémentation » qui leur fournissent les protéines manquantes. Les particules virales libérées dans le milieu par ces cellules sont infectantes puisqu’elles possèdent les protéines permettant le démarrage du cycle viral, mais incapables de se reproduire puisqu’elles ne possèdent plus les régions indispensables du génome.
Initialement les rétrovirus et les adénovirus furent seuls utilisés. Les rétrovirus dérivés habituellement d’onco-rétrovirus murins comme le virus de Moloney sont constitués d’un seul brin d’ARN. Ils ont été surtout utilisés ex vivo pour infecter les cellules de la moelle osseuse. Le virus s’intègre dans le génome des cellules en division. Le gène transféré se retrouve dans les cellules filles, ce qui explique la durée prolongée d’expression du transgène. Le virus ne se réplique pas diminuant fortement ainsi le risque de mutagenèse insertionnelle. L’efficacité du transfert est relativement faible. De ce fait, le succès repose sur l’acquisition par les cellules transduites d’un avantage sélectif de prolifération permettant ainsi la multiplication de ces cellules et donc la production d’une quantité suffisante de la protéine manquante.
Les adénovirus sont constitués d’un double brin d’ADN. Ils appartiennent à une famille de virus très répandue responsable d’affections laryngopharyngées chez l’Homme. Ils peuvent infecter les cellules au repos avec un rendement élevé et ont surtout été utilisés in vivo. Leur expression est limitée dans le temps puisque le virus n’intègre pas le génome. En plus de réactions inflammatoires dont l’intensité augmente avec la quantité de virus injectée, l’introduction du virus déclenche également des réactions immunitaires qui sont à envisager sous un double aspect. D’une part, les anticorps préexistants provenant d’une exposition antérieure à un adénovirus sauvage de même sérotype et ceux produits à l’occasion de la nouvelle injection peuvent neutraliser les adénovirus et ainsi empêcher le transfert de gène. D’autre part, ces anticorps peuvent entraîner l’accumulation de lymphocytes T cytotoxiques au voisinage du point d’injection. Cette réponse immunitaire locale a été considérée comme bénéfique dans le traitement des tumeurs. Les techniques de préparation des adénovirus se sont perfectionnées de manière à réduire leur caractère immunogène et le risque infectieux. Les virus des générations les plus récentes sont dépourvus de plusieurs régions du génome viral ou même de la totalité des gènes empêchant ainsi l’expression des protéines virales. Ils permettent une plus grande sécurité et une expression prolongée du transgène.
Plus récemment, on a utilisé des virus associés aux adénovirus (AAV) et des lentivirus. Les AAV sont des parvovirus sans pouvoir pathogène chez l’Homme. Ils peuvent infecter les cellules au repos avec une bonne efficacité et de manière persistante après intégration au génome et ne sont pas immunogènes. Leurs principaux inconvénients sont la limitation de la taille du gène pouvant être inséré et la difficulté de leur production industrielle. Les lentivirus sont des rétrovirus apparentés au virus de l’immunodéficience humaine (VIH) qui peuvent infecter des cellules au repos avec une grande efficacité.
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Les constructions non virales sont faites d’ADN nu ou d’ADN complexé. L’ADN nu se présente sous forme de plasmides optimisés comme les minicercles ou les plasmides pCOR. Les plasmides pCOR (« conditional origin of replication ») ne peuvent se multiplier que dans une souche spécifique d’ Escherichia coli qui elle même ne pousse que dans un milieu spécial. Comme les minicercles, ils ne possèdent pas de gène marqueur de résistance aux antibiotiques. L’ADN complexé est uni à des molécules facilitant son transfert dans la cellule. Il peut s’agir de lipides cationiques solubles dans la membrane cellulaire et attirés par les charges négatives présentes à sa surface ou de polyéthylèneimine.
Thérapie génique germinale : modifier l'avenir
La thérapie génique germinale est une méthode thérapeutique qui implique la transmission des modifications à la descendance de l’individu concerné par cette thérapie. Les modifications génétiques sont donc réalisées sur les cellules sexuelles, dites germinales, ou sur l’embryon à un stade très précoce de son développement. À l’inverse, dans le cas de la thérapie génique somatique, il n’y a pas de transmission à la descendance, car les cellules modifiées sont non sexuelles, dites somatiques.
CRISPR-Cas9 : une révolution de l'édition génomique
Depuis 2012, la découverte d’un nouveau système CRISPR-Cas9 a révolutionné l’édition génomique. Cette technique permet de modifier un génome très facilement de manière ciblée. CRISPR-Cas9 fonctionne comme des ciseaux génétiques : il cible une zone spécifique de l’ADN, la coupe et y insère la séquence ADN que l’on souhaite.
CRISPR-Cas9 appelé aussi « ciseaux moléculaires » est un complexe formé de deux éléments : d’un côté, un brin d’ARN, de séquence homologue à celle de l’ADN que l’on veut exciser, et de l’autre, une endonucléase, le Cas9. Dans la cellule, le brin d’ARN reconnaît la séquence homologue sur l’ADN et s’y place. L’enzyme Cas9 se charge alors de couper la chaîne ADN complémentaire à ce brin ARN. Le « trou » laissé par le passage du CRISPR-Cas9 pourra alors être comblé par n’importe quel nouveau fragment d’ADN. D’autres techniques existent comme les méganucléases, les nucléases à doigt de zinc, les TALENs. Mais, CRISPR-Cas9 est désormais la méthode la plus utilisée, car c’est une technique plus simple, plus précise et peu coûteuse.
Six ans après l’arrivée de cette technique, plus de 9 350 études utilisant CRISPR-Cas9 ont été publiées, 4 différents types de ciseaux moléculaires sont utilisés par les chercheurs et une dizaine d’essais cliniques sont en cours, utilisant l’outil génomique. Cette technique semble donc prometteuse pour modifier un génome et les caractéristiques qui en découlent.
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Exemples d'application de CRISPR-Cas9
CRISPR-Cas9 et VIH
En 2018, un chercheur chinois, He Jiankui, postait une vidéo singulière dans le monde scientifique. En effet, il a révélé avoir utilisé la méthode CRISPR-Cas9 afin de modifier des gènes d’embryons humains. Il a mené une expérience dans laquelle il a recruté une dizaine de couples « sérodiscordants », c’est-à-dire dont le mari était positif au VIH et la femme indemne. Il a ensuite proposé une fécondation in vitro à chaque couple afin d’obtenir des embryons pour lesquels il a modifié le gène CCR5. Le CCR5 est un corécepteur présent à la surface de la cellule humaine, facilitant l’intégration du virus au génome. Une fois le gène codant CCR5 modifié, il ne peut plus se rendre à la membrane. Il est donc désactivé, ce qui rend l’intégration du virus impossible, ainsi la personne est considérée comme résistante au virus VIH.
Au total, 16 embryons sur 22 ont été édités, et 11 ont été utilisés lors de 6 tentatives d’implantation avant la naissance de jumelles génétiquement modifiées. À ce jour, il n’existe que peu de données relatives à cette expérience et ce manque de connaissance ne nous permet pas d’affirmer qu’il s’agit d’une thérapie génique germinale à proprement parler. Cela pourrait être le cas si les embryons ont été modifiés à un stade très précoce de leur développement et si les cellules germinales des bébés ont été modifiées, car il y a une possibilité de transmission à leur descendance. En 2018, le chercheur chinois a été condamné en Chine à trois ans de prison ferme et à 3 millions de yuans (386 000 euros) d’amende pour « pratique illégale de la médecine ».
CRISPR-Cas9 et CMH
Une équipe de chercheurs de l’Oregon Health and Science University à Portland aux États-Unis, a choisi de corriger une mutation sur le gène MYBPC3 responsable d’une cardiomyopathie hypertrophique héréditaire (CMH). Cette maladie touche 1 personne sur 500 et est la cause la plus fréquente de mort subite du sportif. C’est une maladie autosomique dominante, c’est-à-dire qu’un seul allèle muté suffit pour provoquer la maladie.
Dans cette étude, l’édition du gène a été réalisée après fécondation in vitro entre le spermatozoïde d’un patient porteur de la mutation sur un seul allèle et un ovocyte sain. Le complexe CRISPR-Cas9 a été injecté directement dans l’œuf (en phase S du cycle cellulaire : phase précoce de réplication d’ADN) 18 heures après fécondation par micro-injection. Cette injection a été efficace avec des taux de survie de 97 % (sur 70 cellules-œufs, 68 ont survécu).
Les chercheurs ont changé leur approche en injectant CRISPR-Cas9 en même temps que le spermatozoïde lorsque l’ovocyte était dans une phase postérieure (Phase M du cycle cellulaire : mitose, division cellulaire). Avec cette modification, le taux de cellules embryonnaires exemptes de la mutation a atteint 72 % et il y avait absence d’embryon en mosaïque : des embryons qui possèdent des cellules normales et des cellules mutées.
Défis et enjeux de la thérapie génique embryonnaire
La thérapie génique germinale pose des problèmes scientifiques, juridiques et éthiques complexes.
Défis scientifiques
- Dépasser la barrière des anticorps: Face aux anticorps contre les protéines de type Cas9, une solution serait de développer un système Cas9 à partir de bactéries qui ne colonisent pas ou n’infectent pas les humains.
- Dépasser l’effet off-target: Il est facile de cibler un gène spécifique avec CRISPR-Cas9, mais cela peut entraîner d’autres modifications non désirées en d’autres endroits du génome. Pour une modification souhaitée avec l’enzyme Cas9, les chercheurs peuvent se retrouver avec des dizaines de modifications off-target. Des améliorations du système CRISPR-Cas9 permettent de diminuer ces effets indésirables.
Enjeux juridiques
- Doit-on autoriser la thérapie génique germinale en vue de prévenir des maladies tel le VIH ?
- Doit-on autoriser la thérapie génique germinale pour traiter des maladies comme la CMH ?
- Les caractéristiques de CRISPR-Cas9 (facilité d’utilisation, coût peu élevé) doivent-elles conduire à une révision de la règlementation actuelle pour autoriser la thérapie génique germinale sous certaines conditions ? L’interdiction juridique de la thérapie génique germinale est-elle suffisante au regard de la facilité d’utilisation de CRISPR-Cas9 ?
Enjeux éthiques
- Vu le développement peu coûteux de la technique CRISPR-Cas9, est-il légitime d’interdire la thérapie génique germinale basée sur cette technique pour traiter, diagnostiquer, ou prévenir des maladies ?
- Peut-on renforcer l’égalité entre les individus en généralisant le recours à cette technique ?
Positionnement et évolution du droit
Plusieurs textes et conventions tels que la convention d’Oviedo, le Code civil et le code de la santé publique peuvent être appliqués ici.
La Convention d’Oviedo pour la protection des droits de l’homme et de la dignité de l’être humain à l’égard des applications de la biologie et de la médecine est le seul instrument juridique international contraignant pour la protection des droits de l’homme dans le domaine biomédical.
- Article 18 : « lorsque la recherche sur les embryons in vitro est admise par la loi, celle-ci assure une protection adéquate de l’embryon ». De même, « la constitution d’embryons humains aux fins de recherche est interdite ».
- Article 13 : « une intervention ayant pour objet de modifier le génome humain ne peut être entreprise que pour des raisons préventives, diagnostiques ou thérapeutiques et seulement si elle n’a pas pour but d’introduire une modification dans le génome de la descendance ».
L’article 16-4 du Code civil français dispose : « Nul ne peut porter atteinte à l’intégrité de l’espèce humaine […] Sans préjudice des recherches tendant à la prévention et au traitement des maladies génétiques, aucune transformation ne peut être apportée aux caractères génétiques dans le but de modifier la descendance de la personne ».
L’article L. 2151-5-IV Code de la santé publique prévoit que « les embryons sur lesquels une recherche a été conduite ne peuvent être transférés à des fins de gestation ». « Sans préjudice du titre IV (ci-dessus mentionné), des recherches biomédicales menées dans le cadre de l’assistance médicale à la procréation peuvent être réalisées sur des gamètes destinés à constituer un embryon ou sur l’embryon in vitro avant ou après son transfert à des fins de gestation si chaque membre du couple y consent ».
Plusieurs comités d’éthiques comme le Comité consultatif national d’éthique (CCNE) ont confirmé leurs avis défavorables concernant la thérapie génique germinale. Lors du sommet de Washington en 2015, la tonalité générale des recommandations était favorable à l’expérimentation sur les lignées germinales une fois les problèmes techniques résolus (notamment du off-target). De plus, en mars 2020, les 3 comités britannique, allemand et français demandaient un moratoire international sur les thérapies géniques germinales dans une déclaration commune intitulée « Éthique et modification ciblée du génome humain transmissible à la descendance ».
Discussion et perspectives
CRISPR-Cas9 a été considéré « découverte capitale de l’année 2012 » et présente un intérêt majeur pour lutter contre certains cancers ou maladies liés à la mutation d’un gène bien particulier. Cependant, les problèmes éthiques et de sécurité prédominent encore concernant les applications humaines. En effet, des améliorations techniques considérables sont encore nécessaires avant d’envisager des essais cliniques ainsi qu’une réflexion attentive dans les domaines de la déontologie, de la bioéthique, du droit et de la médecine pour éviter toute dérive éthique.
Il apparaît nécessaire de discuter d’un encadrement précis et particulier concernant la thérapie génique germinale dans sa pratique. Celui-ci pourrait évoluer vers un futur tourné vers la guérison de pathologies chroniques et héréditaires, tout en ne dépassant pas une limite d’amélioration de fonctions non vitales, physiques et cognitives. Ces modifications devraient démontrer un bénéfice certain afin d’être approuvées par une commission d’approbation composée de professionnels de santé, bioéthique et déontologie.
Chaque année, 1 million de personnes meurent des suites du VIH et déjà plus de 35 millions de personnes sont mortes des suites de ce virus. Les modes de transmission du VIH étant multiples, et notamment pour la descendance, il serait propice que cette technique soit approuvée pour traiter cette maladie qui est un problème majeur de santé publique et qui touche le plus souvent des personnes jeunes, généralement en bonne santé. La thérapie germinale permettrait ainsi de guérir définitivement, chez le futur enfant et dans toute sa descendance, une maladie souvent délétère. Quand la technique sera devenue sûre, quelles raisons y aurait-il de s’y opposer ?
Certains craignent le dépassement de la finalité thérapeutique et voient à l’horizon, le transhumanisme. Certes, le génie génétique permettrait, en théorie, de s’y diriger, mais dans les faits, il n’y a pas de raison de le craindre si on place des barrières juridiques adaptées. Par ailleurs, cette méthode soulève plusieurs questions : quelles maladies génétiques doivent être éradiquées ? S’agira-t-il de maladies extrêmement invalidantes, avec une très basse qualité de vie pour les personnes affectées ? Ou des maladies qui apparaissent plus tard dans la vie ? Ou encore des risques de maladie ? Et si un jour on passait à la modification de gènes qui codent pour donner des traits physiques désirables ? Aujourd’hui, on pourrait déjà sélectionner des embryons sur la base de leur variante du gène de la myostatine, un régulateur du développement musculaire.
Nous pourrions bien entendu renforcer les égalités au niveau génétique des êtres humains, car tous les individus traités par cette technique ne pourraient pas développer certaines maladies génétiques ou par exemple être infectés par le VIH. Cela inhiberait donc les facteurs de risques de beaucoup de maladies infectieuses qui sont souvent dépendants des conditions socio-économiques et environnementales.
Que son coût soit élevé ou faible, que son utilisation soit difficile ou facile ne modifie en rien les problèmes techniques majeurs. Une fois ces problèmes techniques levés, la vision globale concernant la thérapie génique germinale pourra alors évoluer.
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