Développement de nouvelles approches thérapeutiques pour la dystrophie musculaire de Duchenne, basées sur l'utilisation de vésicules extracellulaires

Development of new therapeutic approaches for Duchenne muscular dystrophy, based on the use of extracellular vesicles

• Auteur / Autrice : Camille Vaubourg
• Direction : Isabelle Richard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 29/09/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Approches génétiques intégrées et nouvelles thérapies pour les maladies rares (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Fisson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Capucine Trollet, Karl Rouger, Christian Pinset, Soazig Le Lay
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Capucine Trollet, Karl Rouger

Mots clés

Mots clés contrôlés

CRISPR-Cas9

Protéine Smad7

Vésicules extracellulaires

Myopathie de Duchenne

Mots clés libres

Dystrophie musculaire

Muscular dystrophy

Résumé

La dystrophie musculaire de Duchenne est une maladie génétique rare causée par des mutations au sein du gène DMD, codant pour la dystrophine qui affecte les muscles squelettiques, cardiaque et respiratoires. Les patients présentent un phénotype dystrophique réduisant leur mobilité et leur espérance de vie. A l'heure actuelle, aucun traitement curatif n'est disponible pour l'ensemble des patients. Ce travail de thèse a visé à développer de nouvelles approches thérapeutiques basées sur l'utilisation de vésicules extracellulaires (VE), des particules de taille variant entre 40 et 500 nm, sécrétées par la majorité des types de cellules, qui jouent un rôle dans la communication intercellulaire par transfert de biomolécules. Elles sont en parallèle de plus en plus étudiées comme nouveau système de vectorisation non-viral de molécules thérapeutiques car elles présentent de nombreux avantages : une biocompatibilité, une faible immunogénicité, une capacité à moduler des voies de signalisation, la possibilité de les charger en molécules thérapeutiques de différentes natures ou la possibilité de modifier leur tropisme tissulaire. Au cours de ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la vectorisation, par les VE de cellules souches mésenchymateuses (MSCs), de deux molécules agissant sur deux voies majeures du processus dystrophique (Smad7 et des siARN contre NF-kB) mais aussi de la nucléase du système CRISPR/Cas9 pour agir sur l'expression de la dystrophine. Avant le développement de sa vectorisation par les VE, le potentiel thérapeutique de Smad7 a été évalué par transfert de gène par vecteur AAV. Une augmentation de la masse musculaire sans réduction du niveau de fibrose a été observée. En parallèle, les protocoles de production, isolement et caractérisation des VE ont été définis et validés. Les VE de MSCs sur le processus dystrophique a été évalué et a montré un effet sur les éléments régulateurs de type microARN. Egalement, le chargement de siARN dans les VE a été initié et celui de l'endonucléase spCas9 a été validé. Le transfert in vitro de cette dernière a été validé, avec toutefois une fonctionnalité qui reste à prouver.

Duchenne muscular dystrophy is a rare genetic disease caused by mutations in the DMD gene, coding for dystrophin, affecting skeletal, cardiac and respiratory muscles. Patients show a dystrophic phenotype reducing their mobility and life span. Today, no cure is available for all patients. This thesis work aimed to develop new therapeutic approaches based on the use of extracellular vesicles (EVs), particles of 40-500 nm of diameter secreted by the majority of cell types and playing a role in intercellular communication by transferring biomolecules. The EVs are more and more studied as new non-viral delivery system of therapeutic molecules as they present a number of advantages: biocompatibility, low immunogenicity, ability to modulate some signalling pathways, the possibility to load them with different kind of molecules and to target them to tissues of interest. In this work, we were interested in the vectorization, by mesenchymal stem cells (MSCs)-derived EVs, of two molecules acting on main pathways of the dystrophic process (Smad7 and siRNA against NF-kB) as well as the nuclease of the CRISPR/Cas9 system for acting on dystrophin expression. Before the development of Smad7 vectorization by EVs, its therapeutic potential have been evaluated by AAV gene transfer. An increase of the muscle mass without any reduction of the fibrosis level has been observed. In parallel, EVs production, isolation and characterization protocols have been set up and validated. The effect of MSCs-derived EVs on dystrophic process have been assessed and showed an impact on regulatory elements as microRNA. Also, the loading of siRNA in EVs have been initiated and the one of the spCas9 have been validated. The in vitro transfer of the last one have also been validated, but its functionality has to be confirmed.