Le développement préclinique des tcDNA pour la Dystrophie Musculaire de Duchenne

Preclinical development of tcDNA for Duchenne Muscular Dystrophy

• Auteur / Autrice : Philippine Aupy
• Direction : Aurélie Goyenvalle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie, physiopathologie
• Date : Soutenance le 02/12/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Handicap neuromusculaire : physiopathologie, biothérapie et pharmacologie appliquées (Versailles ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Saclay (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Cyrille Vaillend
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Furling, Christophe Béroud, France Leturcq
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Denis Furling, Christophe Béroud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oligonucléotides antisens

Études cliniques

Myopathie pseudo-hypertrophique de Duchenne

Mots clés libres

Saut d'exon thérapeutique

Étude préclinique

Oligonucléotide antisens

Exon skipping

Antisense oligonucleotide

Preclinical study

Résumé

La Dystrophie Musculaire de Duchenne est une maladie génétique mortelle qui touche un garçon sur 3500. Elle se manifeste par une faiblesse musculaire progressive conduisant à une perte de la marche autour de l’âge de 10 ans, puis des problèmes respiratoires et cardiaques. Elle est due à des mutations dans le gène DMD conduisant à une absence de la protéine dystrophine. Il n’existe à l’heure actuelle aucun traitement satisfaisant. L’une des stratégies thérapeutiques les plus prometteuses pour cette maladie consiste à moduler l’épissage de l’ARN pré-messager. Cette stratégie appelée aussi « saut d’exon » utilise principalement des oligonucléotides antisens qui vont permettre de restaurer le cadre de lecture et ainsi entrainer la production de protéine.Le laboratoire Biothérapie des Maladies du Système Neuromusculaire a développé une nouvelle chimie d’oligonucléotide antisens, les tricyclo-DNA (tcDNA), ayant fait leur preuve pour effectuer un saut de l’exon 23 efficace dans des modèles murins de la DMD. En effet, les chercheurs de l’équipe ont pu démontrer la présence de saut d’exon et de restauration de dystrophine dans l’ensemble de la musculature et dans le système nerveux central, permettant d’obtenir une amélioration fonctionnelle. Lors de ma thèse, je me suis intéressée au développement pré-clinique d’un tcDNA ciblant l’exon 51 humain, puisqu’il s’agit de l’exon permettant de traiter la plus grande proportion de patients (13%).La première partie de mon projet a été consacrée à l’amélioration de la tolérabilité des tcDNAs à travers deux approches : la modification de la séquence et la modification du design de la molécule. En effet, la cause principale de la toxicité des tcDNAs est la formation de structures homodimériques associée à la présence de liens phosphorothioates (PS). Cette première étude a permis, d’une part, de démontrer qu’une modification de la séquence entraine une élimination des structures homodimériques et permet ainsi d’obtenir une meilleure tolérabilité de la molécule. D’autre part nous avons pu mettre en évidence qu’une diminution du contenu en liens PS permet de limiter l’apparition d’une toxicité à long terme sans impacter significativement l’efficacité.La deuxième partie de mon projet de thèse a été consacrée à l’optimisation de l’efficacité des tcDNAs. Pour cela deux approches ont été investiguées : d’une part l’amélioration de la biodisponibilité de la molécule et d’autre part l’optimisation de la séquence cible. Nous avons ainsi pu démontrer que la conjugaison d’un acide gras à un tcDNA entraine une amélioriation significative de sa biodistribution et de l’efficacité du tcDNA. En parallèle, un criblage de nombreuses séquences ciblant différentes régions de l’exon 51 a permis de sélectionner une séquence candidate présentant une efficacité nettement supérieure à celle de la séquence initiale. Cette séquence, conjuguée à un acide palmitique, a démontrée des résultats extremement encourageants pour les futurs essais cliniques et est actuellement en phase finale de développement préclinique.

Duchenne Muscular Dystrophy is a fatal genetic disorder affecting 1/3500 newborn males. It is characterized by progressive muscle weakness causing loss of ambulatory functions and respiratory and cardiac failures. This disease is due to mutations in the DMD gene leading to complete loss of protein expression. There is currently no satisfactory treatment but one of the most promising therapeutic strategy is splicing modulation. This strategy also called “exon skipping” is achieved through the use of antisense oligonucleotides allowing a restoration of the reading frame, and thus leading to protein rescue.The laboratory Biothérapie des Maladies du Système Neuromusculaire has developped a new chemistry of antisense oligonucleotide, tricyclo-DNA (tcDNA). They have demonstrated the therapeutic potential of tcDNA in different mouse models of DMD. Indeed, after systemic treatment significant exon 23 skipping and dystrophin restoration were found in all tested muscles as well as in the central nervous system, leading to functional improvement. During my phD project, I worked on the pre-clinical development of a tcDNA targeting human exon 51, which could be applicable to a large proportion of DMD patients (13%).The first part of my project was dedicated to the improvement of tcDNA tolerability through the modification of the sequence itself and the modification of the chemical design. Indeed, the major cause of tcDNA toxicity is the formation of homodimeric structure associated with the presence of phosphorothioates linkages (PS). In this study, we were able to demonstrate that modification of the toxic sequence impairs homodimerization, thus suppressing toxicity. Moreover, we have demonstrated that a decrease in the PS content prevent the apparition of long term toxicity without impairing significatively exon skipping efficacy but.The second part of my project focused on the optimisation of tcDNA efficacy through improvement of their biodisponibility and optimisation of the targeted sequence. We first demonstrated that fatty acid conjugation to tcDNA significantly improves biodistribution and efficacy. In parallel, we screened numerous sequences targeting different regions of the exon 51 and selected a novel sequence with a significantly higher efficacy than the initial sequence. This novel tcDNA sequence, once conjugated with palmitic acid demonstrated extremely encouraging results for the treatment of DMD and we are currently finalizing its development for future clinical trials.