HANDICAP NEUROMUSCULAIRE : PHYSIOPATHOLOGIE, BIOTECHNOLOGIES ET PHARMACOLOGIES APPLIQUEES

The EFFecT Doctoral Training (DN) Network responds to the evolving landscape of RNA-based therapeutics and in particular antisense oligonucleotides (ASO). Over the last 25 years, only 21 antisense nucleic acid-based molecules have been approved by the FDA or/and EMA. However, the field is now at the tipping point of maturity to achieve regular translation from bench to bed side, provided that certain obstacles are successfully addressed. Our consortium involves experts from academia, industry, and non-profit organizations across nine European countries with first-hand experience in the successful translation of this new technology and in-depth knowledge of the remaining hurdles for its success. With leading scientists at different career stages, EFFecT’s core is form by nine academic and three industrial partners. EFFecT's objectives include addressing tissue-specific delivery challenges, imparting knowledge on diverse ASO modalities, and creating a roadmap for ASO therapeutics in Europe. The network's composition leverages over 20 years of experience in nucleic acid drug development, and was born from the successful COST Action "Delivery of Antisense RNA ThERapeutics" (DARTER). The EFFecT training network ensures a comprehensive education for Doctoral Candidates through knowledge exchange, secondments, research workshops and dissemination. This network is expanded with the collaborations of experts in communication, intellectual property, and open science that will train the DCs in good scientific practices. By addressing training gaps and fostering collaborations, EFFecT is poised to deliver the next generation of experts in this up-and coming field, elevating Europe's visibility and competitiveness in antisense RNA therapeutics.

Les lésions de la moelle épinière cervicale (SCI) touchent plus de 450 000 patients chaque année, entraînant une paralysie du diaphragme et une dysfonction respiratoire dues aux dommages des voies respiratoires bulbospinales et des motoneurones phréniques. Nous avons montré que la stimulation trans-spinale par thêta-burst (TBS) améliore transitoirement l'activité diaphragmatique chez des rats présentant une SCI. Ce projet vise à développer un protocole de stimulation magnétique trans-spinale déclenchée par la respiration (rTSMS) afin d'améliorer la fonction neurorespiratoire après SCI. Nous émettons l'hypothèse que la rTSMS lors de phases respiratoires spécifiques (inspiration vs expiration) améliorera la fonction diaphragmatique. Ce projet comportera quatre objectifs principaux : 1) Stimulation déclenchée par la respiration en développant un système de rTSMS en fonction des phases du diaphragme. Les réponses diaphragmatiques lors de la rTSMS seront évaluées pour mesurer l'excitabilité des motoneurones phréniques ; 2) Stimulation par thêta-burst pour tester si la TBS déclenchée par l'inspiration offre des améliorations plus durables de l'activité diaphragmatique ainsi que les neurotransmetteurs impliqués dans ces effets (5-HT et adénosine) ; 3) Efficacité thérapeutique pour évaluer les effets de la TBS chronique (5 jours/semaine pendant 4 semaines) sur la récupération respiratoire par pléthysmographie, hémodynamique spinale, intégrité du circuit moteur phrénique et remodelage au niveau du diaphragme et 4) Dépistage non ciblé en utilisant la transcriptomique et la protéomique in situ pour identifier les voies cellulaires et moléculaires dans et autour des motoneurones phréniques, afin de comprendre les mécanismes thérapeutiques induits par TBS. Cette étude pourrait établir la rTSMS comme nouveau traitement pour les troubles respiratoires après SCI, posant ainsi les bases de futurs essais cliniques chez les patients atteints de lésions médullaires.

Les AntiSense Oligonucleotides (ASOs) sont des molécules thérapeutiques prometteuses pour traiter des maladies génétiques. Malgré leur potentiel, des défis subsistent. Un premier criblage CRISPR réalisé par le consortium a permis d'identifier des protéines régulatrices de l'efficacité des ASOs. Le consortium a ainsi identifié WDR91, protéine de maturation endosomale (Menchon et al., en revue). Le consortium a également identifié plusieurs autres candidats par des études protéomiques (Gaci et al, en préparation). Le projet Promote-ASO a pour objectifs de valider, puis caractériser des protéines candidates identifiées par un second crible CRISPR plus robuste et qui a utilisé un ASO moins toxique (permettant de diminuer les artefacts). Compte tenu de nos données préliminaires qui ont identifié des candidats spécifiques aux lignées cellulaires et au contexte, nous nous concentrerons sur l'identification de candidats communs à diverses modalités de traitement (TSB, SSO et GM) mais aussi à divers systèmes cellulaires (des lignées cellulaires génériques, aux lignées cellulaires musculaires comme les cellules DMD (Duchenne Muscular Dystrophy) et aux lignées cellulaires cancéreuses). Le consortium prévoit d'utiliser des modèles cellulaires variés et de mesurer des résultats tels que la survie cellulaire et l'expression génique, tout en cherchant à améliorer l'index thérapeutique des ASOs dans des modèles animaux. Le projet se décompose en trois tâches : 1. Validation des protéines candidates : Identification de protéines communes à divers systèmes cellulaires et modalités de traitement. 2. Validation dans différents systèmes : Expériences de perte et de gain de fonction pour confirmer l'impact des candidats identifiés sur l'efficacité des ASOs in vitro, puis in vivo. 3. Caractérisation des mécanismes d'action : Étude des interactions des ASOs avec les protéines candidates et suivi de leur dynamique intracellulaire.

Les oligonucléotides antisens (ASO) et les approches de thérapie génique sont très prometteurs pour le traitement des maladies génétiques et de la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) en particulier. Certaines de ces stratégies thérapeutiques ont même été approuvées sur le marché, mais aucune de ces thérapies actuellement approuvées ne traite les comorbidités cérébrales associées à la DMD, qui se retrouvent chez plus de 50% des personnes touchées. Contrairement aux phénotypes dystrophiques musculaires et cardiaques, la réversibilité de ces déficits centraux est mal connue et peu d'études thérapeutiques se sont focalisées sur l'aspect cérébral de la DMD. Nous avons précédemment caractérisé et identifié les déficits neurocomportementaux spécifiques des modèles murins de DMD, ainsi que conçu et optimisé tous les outils moléculaires nécessaires à une restauration efficace des différentes isoformes de la dystrophine. Nos résultats préliminaires indiquent que certains de ces déficits neurocomportementaux peuvent être en partie améliorés par une restauration partielle de Dp427 dans le cerveau adulte. Notre projet BRAIN-DYS vise à utiliser ces outils optimisés pour restaurer plusieurs isoformes de dystrophine afin d'améliorer les déficits neuropsychologiques/comportementaux dans divers modèles murins de DMD, représentatifs des profils de mutation les plus couramment observés chez les patients. Nous visons en particulier à restaurer l’expression des principales isoformes exprimées dans le cerveau en utilisant des approches antisens et de thérapie génique pour évaluer la réversibilité de ces déficits. Notre consortium multidisciplinaire combine l'expertise complémentaire des approches antisens/thérapie génique avec celles de la neurobiologie de la DMD pour atteindre les objectifs de ce projet. Le projet BRAIN-DYS a le potentiel de rapprocher les stratégies de correction génétique d'une compensation complète des symptômes et des comorbidités chez les patients DMD.

Le complexe protéique associé à la dystrophine (DAPC) est un acteur majeur de l’interface cellule – matrice extra cellulaire (ECM) comme le révèle son implication dans un grand nombre de maladies génétiques. Néanmoins, les fonctions cellulaires et moléculaires du DAPC sont encore mal comprises en raison du manque de modèles combinant des analyses pointues de biologie cellulaire et de génétique. Les trois partenaires de ce projet ont identifié de nouvelles localisations subcellulaires du DAPC dans les cellules épithéliales musculaires d’organismes modèles différents : C. elegans, drosophile et souris. Ces localisations définissent dans une même cellule des sous-domaines corticaux. Le projet vise à élucider l’organisation et la dynamique du DAPC et de caractériser ses nouvelles fonctions en lien avec des compartiments cellulaires spécifiques.

La maladie de Rendu-Osler (MRO) est une maladie génétique rare caractérisée par des épistaxis, des télangiectasies cutanéo-muqueuses et des malformations artérioveineuses dans plusieurs organes. La MRO s’accompagne de complications sévères comme des thromboses, des hémorragies, des hypoxémies ou des anémies, et ~10% des individus atteints décèdent de ces complications. 80% des patients avec MRO présentent une mutation rare dans les parties codantes des gènes ACVRL1, ENG ou SMAD4. Nous avons récemment identifié 2 variations génétiques non codantes dans le gène ENG chez 2 patients atteints de MRO. Ces variants sont prédits pour créer des AUG dans le 5’UTR en phase avec le même codon stop situé dans la séquence codante, générant ainsi de nouveaux cadres de lecture ouverts anticipés et chevauchant (uoORF). Nous avons montré que ces 2 variants étaient associés à une diminution des niveaux de la protéine et de sa fonction dans un test in vitro appliqué pour la première fois à des variants non-codants. Nous avons obtenu des résultats similaires en appliquant la même stratégie à 3 autres variants à l’origine de même type d’uoORF rapportés dans la littérature chez des patients MRO et considérés comme pathogènes, même si aucune preuve fonctionnelle n’avait été fournie. Ces résultats suggèrent que les 2 variants que nous avons trouvés sont pathogènes. De plus, nos travaux préliminaires suggèrent que l’expression ENG pourrait être rétablie chez les patients porteurs de ce type de variants en utilisant une approche commune d’édition du génome ciblant une délétion spécifique de dinucléotides dans le 5’UTR. Sur la base de ces résultats, les objectifs de ce projet sont 1/ de décrypter le mécanisme d'altération des uoORF en utilisant des méthodes spécifiques à l’étude de la traduction 2/ de développer une nouvelle stratégie thérapeutique ciblée basée sur les oligonucléotides antisens et/ou la modification du génome pour restaurer la fonction de l’Endogline altérée par les uoORFs.

Les thérapies cellulaires testées depuis des décennies sur les myopathies se sont révélées décevantes. Alors que les cellules souches de l'adulte (cellules satellites -SC) sont extrêmement efficaces pour réparer les muscles endommagés dans des conditions normales, elles se greffent mal dans des muscles normaux, malades ou en régénération. Leur rejet immunitaire, une mort cellulaire massive et la dispersion limitée aux sites d'injection ont limité leur application pratique en thérapie. Les dystrophies affectant plusieurs, voire tous les muscles du corps, l'administration locale n'est guère un mode de thérapie acceptable pour ces maladies. Des progrès significatifs ont été réalisés grâce aux technologies de thérapie génique par saut d'exon, mais des inconvénients importants limitent leur utilisation généralisée pour les patients dystrophiques. Les cellules sanguines sont particulièrement intéressantes, car elles migrent dans les tissus subissant une réponse inflammatoire. Ceci est important car les muscles dystrophiques montrent une inflammation chronique. Cependant, les cellules sanguines ne fusionnent jamais aux cellules musculaires. Dans ce contexte, la découverte de Myomaker et Myomixer, deux protéines transmembranaires spécifiques des muscles ayant la propriété de provoquer la fusion de cellules hétérologues aux cellules musculaires in vitro, représente un changement de paradigme dans la possibilité de fusionner des cellules circulantes aux muscles. La première hypothèse de ce projet est que nous pouvons manipuler le mécanisme moléculaire de fusion pour provoquer la fusion de cellules sanguines génétiquement modifiées aux muscles atteints par la dystrophie musculaire de Duchenne. La deuxième hypothèse est que nous pouvons coupler des approches de thérapie cellulaire avec des outils de génie génétique pour amplifier l'impact de la fusion de cellules hétérologues aux muscles et obtenir une amélioration fonctionnelle de la maladie.

Un traitement par oligonucléotides antisens (ASO) peut être créé pour tout patient, toute cible, même celles considérées depuis longtemps comme « intraitables » par les thérapies traditionnelles. En 2019, plus de 12 000 patients avaient déjà reçu un traitement ASO pour traiter différentes maladies. Bien que ces molécules soient prescrites, leurs mécanismes d’entrée et d’action restent mal compris. De plus, la majorité des maladies ciblées par les ASO nécessitent des injections récurrentes d’ASO. Ainsi, l'efficacité des ASO doit être améliorée afin de réduire les quantités administrées et leurs toxicités consécutives. Nous prévoyons 1) d’identifier les protéines impliquées dans l’internalisation des ASO et leur guidage vers leurs cibles ARN (crible CRISPRa de tous les gènes codants), 2) de confirmer les partenaires protéiques des ASO (ASO pull-down couplé à la spectroscopie de masse), et 3) d’améliorer l'efficacité des ASO en modulant les interactions ASO-protéines. L'originalité du projet repose sur trois éléments clés. Les protéines régulatrices de l'activité des ASO seront identifiées sans à priori à l'aide d'un crible génétique (CRISPRa) couvrant l'ensemble des gènes codants. Pour maximiser nos chances de succès, deux cribles complémentaires seront réalisés ciblant deux ARN différents (un ARN endogène ; TYRP1 et un ARN exogène ; Thymidine Kinase). Le deuxième point fort de ce projet repose sur l’utilisation d’ASO différents (mode d’action et chimie). Cette étude systématique doit mettre en évidence les spécificités d’interactions (ASO-protéines). Le troisième point fort du projet est lié à la validation in vivo de nos découvertes puisque la priorité du projet est d’améliorer l’efficacité in vivo des ASO. Au-delà de la description de(s) route(s) intracellulaire(s) empruntée(s) par ces ASO, le projet aidera à concevoir des ASOs d’une nouvelle génération évitant l’interaction avec les protéines inhibitrices des ASO et favorisant l’interaction avec les protéines impliquées dans l’effet thérapeutique des ASO. Les retombées pour la communauté et les patients seront rapides car il est désormais concevable de générer des ASO évitant certaines voies de dégradation et ainsi augmenter leur efficacité thérapeutique (ex: nucleolin-specific aptamers). La complémentarité des deux équipes impliquées et leurs expertises dans différents modèles de maladies (cancer et maladies génétiques rares) et dans divers types d'ASO renforcent le potentiel et la faisabilité de ce projet. Étant donné que la thérapie à base d’ASO peut être créée pour n'importe quel patient, n'importe quelle cible, y compris des cibles qui ont longtemps été considérées comme "non médicamenteuses" par les thérapies traditionnelles, ce projet vise à améliorer à la fois l'efficacité et la tolérance de l'ASO, et par conséquent à réduire le coût de cette thérapie. L'avenir de l'ASO sera certainement prodigieux puisque l'ASO est conçu sur mesure pour les maladies d’origine génétique et correspond à la quintessence de la médecine de précision.

Le projet de création du LabCom Laboratoire d’études en Mécatronique et Mobilité traduit la volonté de collaboration entre une unité mixte Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Inserm et une PME qui a initié une stratégie de développement autour de produits innovant. L’objectif est de développer des dispositifs médicaux et techniques liées à la santé ou à la mobilité dans des contextes cliniques, professionnels et mêmes privés. Deux premiers sujets d’études ont été identifiés, le premier correspond au développement de systèmes portables instrumentés permettant l’évaluation en situation écologiques de la posture. Cette activité est déclinable avec des niveaux de complexité variable en fonction de la précision et de la nature des informations recherchées – simple comptage d’un geste pré-identifié, identification des gestes. Ce premier projet s’appuie sur des compétences extérieures liées à la collecte et au traitement sécurisé de données personnelles. Le second sujet identifié est la création d’un système rendant accessible pour une personne seule un véhicule électrique de type TWIZZY. Ces développement se place dans le contexte de l’augmentation de l’autonomie des personnes en situation de handicap. L’adaptation du véhicule, le développement d’un système d’accostage avec fauteuil adapté demandera des études sur des problèmes de robotique, d’instrumentation dans un contexte garantissant la sécurité de l’utilisateur.

Les muscles squelettiques adultes ont la capacité de se régénérer intégralement grâce à la présence de cellules souches musculaires appelées satellites (SC). Au contact de chaque myofibre les SC sont activées après un dommage musculaire, réparent la fibre cassée et peuvent se renouveler. L’identification et la compréhension du mode d’action des signaux qui contrôlent les fonctions des SC sont des étapes essentielles pour le développement des thérapies cellulaires et pour comprendre les bases pathophysiologiques des désordres débilitants du muscle qui touchent son potentiel de régénération. Sur la base de données préliminaires nous proposons que les protéines des familles des BMP (Bone morphogenetic proteins), et des Transforming growth factor-ß (TGF-ß) ainsi que leurs antagonistes sont des acteurs essentiels qui contrôlent la quiescence, la sortie de quiescence des SC, les étapes ultérieures de la régénération du muscle et le renouvellement des SC. Des données préliminaires montrent que Gremlin1, un antagoniste des BMP, sous le contrôle du facteur de transcription Six1, module la signalisation BMP et la progression des SC dans la différentiation myogénique. Par analogie avec nos travaux sur les fibres musculaires adultes, nous proposons que les BMP, par l’activation de leurs cibles pSmad1/5/8, protègent les SC de la signalisation négative TGF-ß/Myostatin/pSmad2/3 par compétition pour Smad4, protéine effectrice commune aux deux voies. Dans ce projet nous déterminerons les mécanismes cellulaires et moléculaires d’action des BMP et de leurs antagonistes pour contrôler les fonctions des SC. Nous caractériserons le rôle des différents acteurs intervenant dans la cascade de signalisation BMP/TGF-ß en utilisant différents modèles de souris transgéniques présentant une perte ou un gain de fonction spécifiquement dans les SC de différents BMP, antagonistes, récepteurs transmembranaires et des facteurs de transcription de la famille Smad. Ces modèles de souris permettront d’élucider l’impact de la signalisation BMP sur le destin des SC, leur habilité de rester en quiescence, d’être activées, de s’autorenouveler et de réparer les fibres musculaires lésées. Nous caractériserons les gènes cibles de la voie BMP dans les SC par des analyses transcriptomiques suite à la modulation de la voie BMP, et validerons par des approches de ChIP l’implication directe des protéines Smad pour certaines des cibles identifiées. Nous caractériserons le rôle des complexes transcriptionnels Six/Eya/Dach dans la signalisation BMP par des approches perte et gain de fonction. Nous analyserons aussi comment les voies BMP et TGF s’enchevêtrent pour contrôler finement la progression des SC dans le lignage myogénique. Les principaux défis de notre projet sont : 1. Déterminer les mécanismes cellulaires de la sensibilité des SC quiescentes à la signalisation BMP 2. Comprendre le rôle de la signalisation BMP au cours de la régénération musculaire 3. Identifier les rôles autocrine des signalisations BMP/TGF-ß sur l’état des SC. 4. Caractériser les mécanismes moléculaires de la signalisation BMP dans les SC. Les résultats de ces recherches permettront de comprendre comment la voie de signalisation BMP contrôle les propriétés des cellules souches musculaires dans leur niche et au cours de la régénération et serviront à améliorer nos stratégies visant à améliorer les capacités régénératives du muscle.

La maladie de Pompe (Glycogen storage disease Type II) est une myopathie métabolique héréditaire récessive (incidence: 1/40 000), causée par des mutations dans le gène GAA, codant pour l’enzyme alpha-glucosidase acide. Nous proposons un nouveau concept pour le traitement de la majorité des patients atteints de cette maladie dévastatrice fondé sur la modulation de l'épissage des ARN messagers GAA mutés. En particulier, nous avons développé une approche pharmacologique allèle-spécifique permettant l’inclusion normale de l'exon 2 dans l’ARNm GAA chez les patients porteurs de la mutation commune c.-32-13T>G : cette mutation d'épissage est présente sur au moins un allèle chez plus de 80% des patients GSD-II en France. En cas de succès, cette nouvelle technologie offrirait une perspective thérapeutique appropriée pour la majorité des patients atteints de la forme tardive de la maladie pour qui les traitements actuels sont inefficaces et trop cher.