Maladie de Gaucher, Organoïdes cérébraux, Maladie de stockage lysosomal, Thérapie génique, Vecteurs lentiviraux, Microglie, Astrogliose

La maladie de Gaucher est une maladie de surcharge lysosomale causée par des mutations bialléliques du gène GBA1. Les mutations altèrent la fonction de l'enzyme β-glucocérébrosidase (GCase), responsable de l'accumulation de ses substrats glycolipidiques dans les lysosomes. En plus de l'altération des macrophages périphériques, une encéphalopathie progressive est observée chez certains enfants et adolescents. Les mécanismes moléculaires, biochimiques et cellulaires par lesquels le défaut enzymatique conduit à la mort de certains neurones et à l'activation des cellules gliales ne sont pas élucidés. Les thérapies visant à pallier le déficit enzymatique par enzymothérapie n'endiguent pas les anomalies neurologiques. Un projet du laboratoire consiste à développer une solution curative basée sur un protocole de thérapie génique ex vivo visant à infuser des cellules souches hématopoïétiques autologues après modification par des vecteurs lentiviraux exprimant une GCase fonctionnelle. Le traitement myéloablatif nécessaire à la greffe favorise en effet la traversée de la barrière hémato-encéphalique par les cellules hématopoïétiques, leur migration vers le système nerveux central et leur différenciation en microglie. Une fraction de l'enzyme thérapeutique, produite dans la microglie, devrait être sécrétée et internalisée dans les cellules adjacentes. Les travaux de thèse se construisent autour des deux axes suivants : le développement d'un modèle in vitro mimant la neuropathologie et l'évaluation de l'efficacité de correction par vecteur lentiviral. Pour ce faire, des iPSCs ont été différenciées en progéniteurs neuronaux et progéniteurs hématopoïétiques, en cellules neurales et microgliales matures, et en organoïdes cérébraux contenant des neurones, des astrocytes et des cellules microgliales. Ces iPSCs proviennent d'un individu sain et d'un patient atteint d'une forme neuronopathique chronique de la maladie de Gaucher, porteur de la mutation L444P/L444P sur le gène GBA1. Les degrés de correction du phénotype pathologique par quatre vecteurs exprimant une GCase fonctionnelle ont été comparés. La différenciation cellulaire ainsi que la composition neuronale et microgliale au sein des organoïdes ne sont affectées ni par la mutation ni par l'inhibition de l'enzyme par un inhibiteur compétitif. Cependant, des anomalies significatives dans la structure des mitochondries et du réticulum endoplasmique rugueux, ainsi qu'une présence significative d'astrocytes réactifs, sont observées en plus forte proportion dans les organoïdes dont la GCase n'est pas fonctionnelle (mutante ou dont l'enzyme est inhibée) par rapport aux organoïdes issues des iPSCs saines ou mutantes et transduites par lentivecteur. La proportion de ces anomalies augmente en présence de microglie, que ce soit dans les organoïdes sains ou pathologiques. Contrairement au traitement par l'inhibiteur de la GCase, la mutation L444P/L444P entraîne de nombreuses anomalies transcriptionnelles. Ces atteintes cytologiques, cellulaires et transcriptionnelles sont en partie corrigées par les vecteurs lentiviraux. Ainsi, la diminution de l'activité de la GCase est suffisante pour provoquer des anomalies cytologiques et l'activation des astrocytes, mais n'a pas d'effet visible sur le transcriptome. Ces résultats suggèrent que les anomalies phénotypiques observées chez les patients résultent non seulement de la faible activité de l'enzyme, mais aussi des propriétés spécifiques de l'enzyme mutée. Ils suggèrent également que l'expression de l'enzyme fonctionnelle grâce à des vecteurs lentiviraux compense en partie les anomalies résultant de la mutation. L'étape de recherche suivante concernera l'étude de la correction du phénotype par incorporation de microglie exprimant une GCase fonctionnelle à des niveaux physiologiques et supra-physiologiques dans des organoïdes cérébraux issus des cellules de patients.