Par Jim Daley, Ph.D., membre du conseil consultatif de FAST et professeur adjoint à l’Université du Texas Health Science Center, San Antonio

La majorité (environ 70%) des personnes atteintes du syndrome d’Angelman (SA) ont une grande délétion sur la copie maternelle du chromosome 15, englobant le gène UBE3A. Certains ~ 11% ont une mutation ponctuelle dans UBE3A qui rend le gène non fonctionnel ou réduit son activité. Les formes plus rares du SA impliquent une disomie uniparentale (UPD; 3-5%), dans laquelle deux copies du chromosome 15 sont héritées du père (au lieu d’une de chaque parent), ou un défaut du centre d’impression (ICD; 3-5%) , ce qui empêche l’activation de la copie maternelle normalement active dans le cas de l’expression du gène UBE3A.

Bon nombre des thérapies les plus prometteuses du syndrome d’Angelman dans les pipelines précliniques ou cliniques impliquent l’activation de la copie paternelle normalement silencieuse du gène UBE3A. Une façon d’y parvenir consiste à cibler un transcrit antisens appelé UBE3A-AS, qui bloque lui-même l’UBE3A sur le chromosome paternel. L’inhibition de UBE3A-AS supprime ainsi cette obstruction et permet d’activer l’UBE3A – ceci est souvent appelé « stopper le stop ». Cette stratégie est bien adaptée à tous les génotypes dépourvus de la protéine UBE3A, mais des précautions doivent être prises lorsque nous considérons ceux qui ont deux copies silencieuses du gène (sur les allèles maternels et paternels), comme c’est le cas avec UPD et ICD. Chez ces personnes, l’inhibition de l’UBE3A-AS pourrait entraîner une double activation de l’UBE3A. Cette approche d’activation paternelle est soigneusement étudiée dans de nombreuses plates-formes thérapeutiques, notamment les oligonucléotides antisens (ASO), les approches basées sur CRISPR et la thérapie génique (shARN, miARN, etc.). Il n’est pas clair si les niveaux de protéine UBE3A devront être raffinés dans les neurones afin de compenser le potentiel de «double activation» du gène. Il existe des données prometteuses dans les modèles cellulaires et animaux suggérant que si ces neurones atteignent une expression de 200%, ce qui pourrait arriver si nous obtenons une expression biallélique complète, cela pourrait être sûr, mais des recherches supplémentaires sont encore nécessaires.

Un goulot d’étranglement clé pour résoudre cette question a été le manque de modèles pour étudier les génotypes UPD et ICD, y compris ceux avec mosaïque. Cette subvention FAST nouvellement financée au Dr Albert Keung de l’Université d’État de Caroline du Nord abordera cette question dans une série de modèles cellulaires innovants. Le laboratoire du Dr Keung modifiera épigénétiquement des lignées de cellules souches humaines pour imiter l’épigénotype UPD ou ICD du chromosome 15, dans lequel la méthylation de l’ADN reflète les schémas paternels sur les deux chromosomes. Ces lignées cellulaires seront un outil précieux et disponible dans le monde entier pour évaluer les thérapies pour l’activation de l’UBE3A.

Une partie importante de ce travail implique que l’équipe du Dr Keung crée des lignées cellulaires uniques d’ « aires d’atterrissage » pour étudier les différents gènes d’ARN non codants présents dans la région AS / PWS sur le chromosome 15. En plus du gène UBE3A, la région AS / PWS contient des gènes imprimés qui génèrent une série d’ARN non codants dont la fonction n’est pas bien comprise. Les individus avec des sous-types UPD / ICD du SA ont modifié l’expression de ces ARN et produisent également deux fois plus d’ARN UBE3A-AS qu’un individu neurotypique, mais l’impact de ces changements sur les individus atteints du SA est inconnu. Ces nouvelles lignées cellulaires modifiées permettront aux chercheurs d’introduire efficacement divers nombres et combinaisons de gènes à des niveaux d’expression réglables, sans avoir à utiliser des technologies d’édition du génome inefficaces pour chaque nouveau gène que l’on souhaite étudier. FAST a précédemment financé le Dr Keung pour évaluer des lignées cellulaires de patients atteints du syndrome d’Angelman à délétion importante, qui comprennent les 10 à 12 gènes situés à côté de l’UBE3A sur l’allèle maternel. L’objectif est de mieux comprendre l’impact de ces gènes sur la fonction neuronale et la communication, et de déterminer quels gènes spécifiques en dehors de l’UBE3A pourraient devoir être traités à l’avenir après l’optimisation du remplacement de l’UBE3A. La nouvelle subvention élargit cette étude pour fournir des lignées cellulaires qui peuvent être rapidement utilisées par d’autres chercheurs pour évaluer les génotypes ICD / UPD et leur impact sur la fonction neuronale. En outre, ces systèmes faciliteront également l’étude des formes mosaïques du syndrome d’Angelman qui nécessitent nécessairement la capacité de générer plusieurs lignées cellulaires partageant le même fond génétique global.

Collectivement, ce projet vise à fournir à la communauté de recherche sur le syndrome d’Angelman un ensemble de lignées cellulaires pouvant être utilisées pour modéliser efficacement la biologie ICD et UPD, ainsi que des organoïdes qui modélisent le génotype de la mosaïque, et comprendre l’impact de la surexpression des gènes dans ces différentes régions. Ce travail créera des ressources précieuses qui seront partagées avec la communauté de recherche sur le SA et contribuera à faire avancer la recherche sur le SA dans le but ultime d’accélérer le développement de médicaments sur le syndrome d’Angelman pour chaque génotype.