Étude du potentiel des pFAR4, miniplasmides dépourvus de gène de résistance à un antibiotique, comme vecteurs pour la thérapie génique

par Marie Pastor

Thèse de doctorat en Biotherapies et biotechnologies

Sous la direction de Daniel Scherman.

Soutenue le 12-07-2016

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Hématologie, oncogenèse et biothérapies (Paris) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) et de Unité de Technologies Chimiques et Biologiques pour la Santé / UTCBS (laboratoire) .

Le président du jury était Marie-Pierre Rols.

Le jury était composé de Daniel Scherman, Marie-Pierre Rols, Chantal Pichon, Régis Sodoyer, Corinne Marie, Emmanuel Payen.

Les rapporteurs étaient Chantal Pichon, Régis Sodoyer.


  • Résumé

    L’un des principaux défis de la thérapie génique est d’identifier un vecteur sûr capable d’assurer un transfert efficace et une expression soutenue d’un gène d’intérêt thérapeutique dans les cellules cibles. L’émergence de vecteurs plasmidiques de nouvelles générations a permis d’atteindre ces objectifs et de considérer la thérapie génique non virale comme une alternative prometteuse aux vecteurs viraux pour le traitement de maladies génétiques ou acquises. Appartenant à ces nouvelles générations, les dérivés du vecteur pFAR4 sont des miniplasmides dépourvus de gène de résistance à un antibiotique. Leur propagation dans les cellules d’Escherichia coli est basée sur la suppression d’une mutation non-sens de type ambre introduite dans un gène essentiel de la souche productrice, permettant ainsi d’éliminer les risques associés à l’utilisation de gène de résistance à un antibiotique tout en diminuant la taille du vecteur. Le but de cette thèse est d’étudier le potentiel de ces vecteurs dans deux contextes de thérapie génique non virale : Dans une première approche, le potentiel du vecteur pFAR4 a été évalué pour l’expression d’un gène thérapeutique dans le foie de souris. Pour ce faire, un dérivé de ce vecteur exprimant le gène Sgsh à partir d’un promoteur spécifique des hépatocytes et codant la protéine sulfamidase, protéine défectueuse chez les patients souffrant de la maladie de Sanfilippo de type A, a été administré par injection hydrodynamique à des souris. Nous avons montré que le vecteur pFAR4 promeut dans le foie une expression élevée et soutenue de la sulfamidase, qui décline rapidement lorsque le gène Sgsh est administré par un vecteur contenant un gène de résistance à la kanamycine. Dans le cadre de cette étude, il a été établi que le profil d’expression obtenu avec le vecteur pFAR4 n’est pas lié à son insertion dans le génome des hépatocytes mais résulte, de par sa taille réduite, d’une protection contre les phénomènes d’extinction de transgène couramment observés in vivo avec les vecteurs conventionnels. Dans une seconde approche, le vecteur pFAR4 a été combiné à la technologie Sleeping Beauty (SB), dont l’un des constituants majeurs est la transposase hyperactive SB100X qui promeut la transposition d’un transgène, en l’excisant du plasmide qui le porte et en l’insérant dans le génome des cellules hôtes. Cette combinaison a été étudiée in vitro dans des cellules HeLa, en utilisant un transposon contenant soit le gène de résistance à la néomycine soit le gène codant la protéine fluorescente Vénus. Nous avons ainsi montré que le plasmide pFAR4 constituait un vecteur efficace pour les composants du système SB et que la combinaison pFAR4/SB conduisait à un taux de transgénèse augmenté par rapport à une association avec des plasmides conventionnels. Cette efficacité élevée résulte d’un niveau de transfection et d’un taux d’excision augmentés, tous deux favorisés par la taille réduite du plasmide. La combinaison pFAR4/SB devrait prochainement être utilisée pour transférer le gène codant le facteur anti-angiogénique PEDF (Pigment Epithelium-Derived Factor) à des cellules primaires de l’épithélium pigmentaire de la rétine ou de l’iris dans deux essais cliniques (Phase I/II) de thérapie génique ex vivo pour le traitement de la dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA).

  • Titre traduit

    Study of the potential of pFAR4s, miniplasmids free of antibiotic resistance markers, as vectors for gene therapy


  • Résumé

    One of the main challenges in gene therapy is to identify safe vectors that promote an efficient gene delivery and a sustained therapeutic transgene expression level in targeted cells. The development of novel plasmid vectors allowed to reach these objectives and to consider non-viral gene therapy approaches as attractive alternatives to treat genetic and acquired disorders. The pFAR4 vector is a novel antibiotic-free mini-plasmid. In Escherichia coli, its propagation is based on the suppression of an amber nonsense mutation introduced into an essential gene, thus eliminating safety concerns classically attributed to antibiotic resistance markers present on conventional plasmid DNA vectors and allowing a reduction in plasmid size. The aim of this work was to investigate the potential of pFAR4 as a gene vector in two different non-viral gene therapy approaches. In a first approach, the potential of the pFAR4 vector was assessed for the expression of a therapeutic gene in mouse liver. To this end, a pFAR4 derivative expressing the Sgsh gene from a liver-specific promoter and coding the sulfamidase, an enzyme deficient in patients suffering from the Sanfilippo A disease, was tail vein hydrodynamically injected into mouse liver. We showed that the pFAR4 derivative promoted a high and prolonged sulfamidase expression which rapidly declined when the same expression cassette was delivered by a conventional plasmid containing a kanamycin resistance marker. It was established that the superior expression profile obtained with the pFAR4 derivative did not result from its integration in host genome but seemed to benefit from protection against transcriptional silencing. In a second approach, the pFAR4 vector was combined to the Sleeping Beauty transposon system that mediates transgene integration into host genomes, after its excision from a plasmid donor by the hyperactive SB100X transposase, in order to obtain a long-term expression in dividing cells. This combination was studied in vitro, delivering either the neomycin resistance gene or the fluorescent Venus protein-encoding gene into HeLa cells. We showed that the combination pFAR4/SB led to an increased transgenesis rate in comparison to the association of SB with conventional plasmids. The pFAR4/SB combination seemed to benefit from an elevated transfection efficiency and a higher excision rate, resulting from the reduced size of the pFAR4 vector. The two technologies should be soon used for the delivery of the anti-angiogenic pigment epithelium-derived factor (PEDF) gene into autologous primary pigment epithelial cells, in the context of two PhaseI/II clinical trials based on an ex vivo gene therapeutic approach for the treatment of neovascular age-related macular degeneration (nAMD).



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 01-01-2020

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