RNA-Interferenz und ASOs
De courts ARN non codants peuvent être conçus pour se lier spéci- fiquement aux ARNm et à influencer ainsi la production de protéines. Cette méthode permet de réduire ou d’augmenter la quantité de certaines protéines dans la cellule. Il est même possible d’influencer la composition des protéines. De tels ARN sont déjà utilisés comme médicaments.
Les ARN de ce groupe ne servent pas directement à la production de protéines, mais peuvent inhiber ou favoriser leur production. Le virus du sarcome de Rous a joué un rôle décisif dans leur découverte : En 1978, des chercheurs ont fabriqué un fragment d’ADN complémentaire à une courte séquence d’un gène viral. Lorsqu’ils ont placé le fragment reproduit dans une culture cellulaire, ils ont constaté que le virus ne pouvait plus se propager dans les cellules. Le fragment complémentaire s’était attaché à la séquence génétique du virus, empêchant ainsi sa réplication.
En 1998, deux médecins, Craig Mellow et Andrew Fire, ont publié un article sur leurs travaux de recherche sur un nématode. Ils ont montré comment une molécule d’ARN complémentaire à l’ARNm se lie à ce dernier. L’ARNm lié est ensuite détruit par la cellule. Ce travail a valu aux deux chercheurs le prix Nobel de physiologie ou méde- cine en 2006. En poursuivant leurs recherches sur ce phé- nomène appelé interférence par ARN, ils ont découvert que de nombreux autres organismes produisaient de tels ARN courts, qui jouent un rôle important dans la défense contre les virus, la régulation des gènes et la protection du génome. Les deux types les plus courants s’appellent ARN interférents de petite taille (ARNsi) et microARN (ARNmi).
Ces deux découvertes, bien que similaires à première vue, fonctionnent selon des mécanismes différents : Dans le premier cas, l’ARN simple brin court se lie à une section complémentaire de l’ARNm. Là, il peut bloquer le proces- sus de traduction et entraîner la dégradation de l’ARNm, ou bien il peut engendrer la production de variantes de protéines. Les ARN artificiels courts qui déclenchent ce mécanisme sont appelés oligonucléotides antisens (ASO en abrégé). Dans le cas de l’interférence ARN, en revanche, des ARN double brin sont fragmentés par des enzymes et intégrés dans un complexe ARN-protéine (RISC). Ce complexe se lie à une section complémentaire d’un ARNm et bloque la traduction ou scinde l’ARNm (voir figure).
L’ARN non codant peut être utilisé en médecine pour réguler la production d’un ARN cible. De cette manière, il est par exemple possible de réduire la quantité d’une protéine pathogène. Inversement, il est possible d’augmenter la production de protéines qui préviennent une maladie en liant l’ARN délétère qui inhibe la production de ces protéines. Il est également possible d’influencer la composition de la protéine.
Réduire la formation de protéines : Patisiran et Inotersen
L’amylose ATTR fait partie des maladies rares et touche environ 5000 à 10000 personnes dans le monde. Cette maladie est due à un défaut de la protéine transthyrétine (TTR). La TTR est produite dans le foie et parti- cipe au transport d’une hormone thyroïdienne dans le sérum sanguin. Chez les personnes souffrant d’amylose ATTR, la protéine TTR s’agglomère en amas insolubles. Ceux-ci peuvent entraîner un raidissement des muscles cardiaques et une perte de la fonction rénale, affecter la vision et provoquer des troubles du cerveau pouvant aller jusqu’à la démence. Le médicament Patisiran, mis sur le marché en 2018, lutte contre cette maladie. Il utilise l’in- terférence par ARN en dégradant l’ARNm de la TTR dans le foie et en réduisant ainsi la formation de la protéine TTR. Le nom du médicament fait référence, avec la syllabe finale «-siran», au «small interfering RNA » utilisé à cet effet.
Un autre médicament contre l’amylose ATTR s’appelle l’Inotersen. Contrairement au Patisiran ARNsi, l’Ino- tersen est un ASO. Sa particularité est de présenter, entre les segments d’ARN, une séquence d’ADN exactementcomplémentaire d’un segment d’ARNm codant pour la TTR. La séquence d’ADN artificielle se lie ainsi spécifiquement à l’ARNm de la TTR dans les cellules du foie produisant de la transthyrétine. Cela permet de réduire de plus de la moitié la production de protéine TTR.
Réassembler des protéines défectueuses : Nusinersen
Un autre ASO – le Nusinersen – a été approuvé en 2017 en tant qu’agent thérapeutique pour le traitement de l’amyotrophie spinale. Les personnes atteintes d’amyotrophie spinale ne produisent pas suffisamment de protéines SMN. L’abréviation signifie Survival of Motor Neuron, et comme son nom l’indique, cette protéine est essentielle à la survie des cellules nerveuses qui permettent de marcher, de s’asseoir, mais aussi d’avaler et de respirer. Dans sa forme la plus grave, la maladie entraîne la mort. La concentration de SMN est réduite par une erreur de traduction du gène SMN en une protéine : Lors de l’expression des gènes, les gènes sont d’abord transformés en un précurseur de l’ARNm, le pré-ARNm. Au cours d’un processus appelé épissage, certaines parties du pré-ARNm sont supprimées pour aboutir à l’ARNm. Selon les parties supprimées, une protéine différente est produite à la fin du processus (épissage alternatif). Lors de l’épissage du pré-ARNm du gène SMN, une section importante est perdue, raison pour laquelle une protéine tronquée et non fonctionnelle est produite. La liaison du Nusinersen au pré-ARNm empêche l’exclusion de cet exon, ce qui permet de produire une plus grande quantité de la protéine SMN fonctionnelle.
Stimuler la formation de protéines : Activation de l’ARN
Les «small activating RNA» (en français: ARN courts activateurs) sont également considérés comme porteurs d’espoir dans le traitement du cancer. Comme dans le cas de l’interférence par ARN, un ARN court non codant se lie à l’ARNm au sein d’un complexe ARN-Protéine. Il ne réduit cependant pas l’expression du gène, mais au contraire la stimule. Cela permet par exemple d’augmenter la quantité d’une protéine qui inhibe la croissance du cancer. Le procédé a déjà été testé sur des modèles animaux et a montré qu’il pouvait freiner considérablement la croissance de la tumeur dans différents types de cancer.