Biologie 2 S7FR - Cours 2 Thérapies Génétiques

BIOLOGIE 2 S7FR LA MANIPULATION GENETIQUE  Les mutations génétiques Définition Une mutation génétique est une modification de la séquence des bases d’une molécule d’ADN. Les gènes, qui produisent les protéines nécessaires au bon fonctionnement du corps, sont alors déréglés da...

BIOLOGIE 2 S7FR LA MANIPULATION GENETIQUE  Les mutations génétiques Définition Une mutation génétique est une modification de la séquence des bases d’une molécule d’ADN. Les gènes, qui produisent les protéines nécessaires au bon fonctionnement du corps, sont alors déréglés dans leur fonction. Des mutations peuvent être provoquées par la suppression de bases (délétion), l’ajout de bases supplémentaires (insertion) ou le remplacement d’une ou plusieurs bases par une autre (substitution). Les différents types de mutations qui peuvent se produire sont décrits dans le tableau 1 ci-dessous.  Une mutation peut affecter plus d’une base à la fois : Exemple 1 Exemple 2  Exemple 1 : délétion de 2 bases azotées (par brin)  Exemple 2 : insertion d’un codon (3 bases azotées) Les mutations génétiques Les agents mutagènes Ce sont les facteurs à l’origine des mutations : Les radiations UV Les rayons x Les produits chimiques Les virus 5. TRANSGENESE ET THERAPIES GENIQUES Définition La thérapie génique consiste à introduire du matériel génétique dans les cellules dans le but de soigner une maladie. Les mutations géniques : insertions, délétions et altérations des gènes peuvent entraîner l'expression de protéines structurellement ou fonctionnellement anormales, conduisant à des troubles génétiques. Les thérapies géniques agissent en réparant, remplaçant ou supprimant les gènes dysfonctionnels à l'origine de la maladie. Elles constituent une approche de choix pour traiter les maladies génétiques rares. Exemple de transgenèse chez des espèces animales x $ Quelques Domaines d’application de la transgénèse:  Domaine de la santé : production de molécules thérapeutiques ou des vaccins.  L'agronomie : pour conférer aux végétaux des résistances à des insectes, des maladies ou herbicides.  Domaine de l'alimentation, pour augmenter la qualité nutritionnelle des fruits et des légumes ou l'on retarde leur maturation pour éviter le pourrissement. Les techniques de transgénèse Une fois le gène sélectionné pour son potentiel thérapeutique face à une pathologie, une étape cruciale de la thérapie génique est de faire pénétrer la nouvelle information génétique dans l'organisme du patient. Différentes méthodes existent à cet effet : Les vecteurs viraux (techniques les plus courantes) On exploite la capacité naturelle des virus inactifs et non pathologiques à insérer de l’ADN dans les cellules hôtes. Ces vecteurs sont les plus courants et les plus efficaces, parmi les types de virus on peut citer : Les Adénovirus Associés (AAV), les adénovirus, les retrovirus. Les vecteurs non-viraux : Injection directe d’ADN, utilisation de polymères chimiques, nanoparticules, liposomes… ils provoquent généralement une réponse immunitaire moindre mais sont moins efficaces que les vecteurs viraux. Ils ont un taux de réussite plus faible. Les principes d’action et techniques de thérapies géniques  Les thérapies IN VIVO : qui ont lieu directement dans l’organisme du patient  Les thérapies EX VIVO : ont lieu à l’extérieur de l’organisme. On modifie génétiquement les cellules en laboratoire avant de les réinjecter au malade Les principes d’action et techniques de thérapies géniques 1. Thérapie par augmentation de gènes 2. Thérapie par inhibition génique Il s’agit de la première stratégie développée en thérapie Elle vise à introduire un gène qui va "désactiver" ou « inhiber » génique, pour traiter les maladies monogéniques. Le l'expression du gène qui cause la maladie. gène thérapeutique importé ne modifie pas le gène Par exemple, le cancer est parfois le résultat de la suractivation d’un malade : il vient simplement s’ajouter au patrimoine oncogène (gène qui stimule la croissance cellulaire). Ainsi, en génétique des cellules pour compenser la fonction eliminant l'activité de cet oncogène par une thérapie d'inhibition déficiente. génique , il est possible d'empêcher la poursuite de la croissance cellulaire et de stopper le cancer.  Les principes d’action et techniques de thérapies géniques 3. Thérapie par suppression ou réparation de gène directement dans la cellule (edition génomique) Encore appelée édition génomique, cette technique permet de réparer des mutations génétiques de façon ciblée. Elle nécessite d’importer plusieurs outils dans la cellule :  des enzymes spécifiques (nucléases) qui vont couper le génome là où c’est nécessaire;  un segment d’ADN qui sert à la réparation du génome et permettra de retrouver un gène fonctionnel. Les techniques les plus courantes :  CRISPR-Cas9 : C’est la méthode la plus célèbre et la plus utilisée pour éditer le génome. Elle permet de couper l'ADN à un endroit précis, puis de réparer ou de modifier le gène de manière ciblée. Cela peut permettre de corriger des mutations spécifiques, d'ajouter des gènes ou d'en retirer.  TALENs (Transcription Activator-Like Effector Nucleases) et ZFN (Zinc Finger Nucleases) : Ce sont d'autres technologies qui utilisent des nucléases pour couper l'ADN à un endroit précis, mais elles sont moins flexibles et plus complexes à utiliser que CRISPR-Cas9. Autres techniques de thérapies géniques D’autres techniques de thérapies géniques sont aujourd’hui utilisées :  Thérapie par ARN : Consiste à modifier l’ARN pour obtenir une protéine fonctionnelle ;  Thérapie génique somatique vs. germinale  Produire des cellules thérapeutiques par thérapie génique ;  Utiliser des virus génétiquement modifiés pour tuer des cellules cancéreuses (virus oncolytiques) Activité : Exemple de transgènese Observe la transgenèse en image et réponds aux questions suivantes : 1. Identifie le transgène 2. Identifie l’OGM 3. Quelle est la méthode de transfert du gène (sois le plus précis possible) 4. y’a t’il un vecteur ? Identifie-le 5. Quelle est la voie utilisée lors de cette trangenèse? justifie 6. est-ce une trangenèse somatique ou géminale? justifie https://www.semae-pedagogie.org/sujet/biotechnologies-etapes- transgenese/# 6. Les vaccins à ARN Comment fonctionnent les vaccins à ARN ? Après injection d’un vaccin à ARNm, cet ARNm pénètre dans des cellules situées autour du point d’injection. Le système de lecture des ARNm présent dans leur cytoplasme va le décoder et produire la protéine correspondante. Dans le cas des vaccins contre la Covid-19, il s’agit de la protéine S (pour Spicule, les « pointes » à la surface du coronavirus) légèrement modifiée pour être plus stable chimiquement et plus fidèle à la forme de la protéine S au moment où le coronavirus va infecter une cellule (ce qui aidera les anticorps à agir efficacement au bon moment). Les cellules qui ont absorbé l’ARNm vont produire de la protéine S qui sera ensuite intégrée dans leur membrane et excrétée dans l’espace entre les cellules. Cette protéine est alors reconnue comme étrangère par les cellules immunitaires locales et une réaction s’enclenche qui aboutira au développement d’une immunité contre la protéine S. Si une infection par le coronavirus se produit, le système immunitaire pourra réagir plus vite et plus efficacement pour diminuer le risque d’apparition et de sévérité des symptômes de la Covid-19. L’ARNm contenu dans les vaccins et absorbé par les cellules a, comme tous les ARNm, une durée de vie de quelques heures. La protéine S produite par la cellule a une durée de vie plus longue, actuellement estimée entre 2 et 4 semaines. 6. Les vaccins à ARN Pourquoi les vaccins à ARN ne sont pas des thérapies géniques ? Les vaccins à ARNm contre la Covid-19 ne relèvent pas du concept de thérapie génique pour au moins quatre raisons : - l’ARN messager injecté ne code pas pour une protéine manquante de notre organisme mais pour une protéine virale reconnue comme étrangère par notre système immunitaire. Une fois l’immunité acquise, cette protéine sera systématiquement combattue et éliminée (ce qui n’est pas le cas de la protéine issue de la thérapie génique qui est bénéfique et ne doit pas être reconnue comme étrangère). - l’ARN messager injecté, comme l’ARNm que nous fabriquons, ne peut pas pénétrer dans le noyau des cellules : la nature n’a pas prévu de voie chimique pour qu’il y parvienne (il existe un sens unique dans l’autre direction, du noyau vers cytoplasme). 6. Les vaccins à ARN Pourquoi les vaccins à ARN ne sont pas des thérapies géniques ? - l’ARN messager injecté ne se transforme pas en ADN intégré dans nos chromosomes : en l’absence de transcriptase inverse et d’intégrase, nos cellules n’ont pas cette capacité. Si c’était le cas, un épisode d’infection par le coronavirus de la Covid-19, qui entraîne la production de milliards de fragments d’ARN messager viral pendant plusieurs jours et dans de nombreuses cellules, aboutirait à une intégration massive des gènes du coronavirus dans notre ADN. Cela a été recherché et ce n’est pas le cas. - la protéine codée par l’injection d’ARNm vaccinal (la protéine S modifiée) disparaît en quelques semaines. Dans le contexte de la thérapie génique, la disparition rapide de la protéine codée par l’ADN injecté signifierait l’échec de cette thérapie. Pour toutes ces raisons, les vaccins à ARNm ne peuvent absolument pas être assimilés à une forme de thérapie génique. Les affirmations selon lesquelles l’ARNm pourrait pénétrer le noyau des cellules et s’intégrer aux chromosomes sous forme d’ADN sont fantaisistes, comme le sont les affirmations selon lesquelles une personne vaccinée pourrait transmettre l’information génétique relative à la protéine S à ses enfants..