SS-hémoglobinopathies, Drépanocytose, SS-thalassémie, Éditeurs de base, Éditeurs d'épigénome, Édition de gènes, Thérapie génique

Drépanocytose et bêta-thalassémie sont dues à des mutations affectant la production de la chaîne de globine β. La sévérité clinique est atténuée par des mutations augmentant la quantité d'hémoglobine fœtale (HbF), une condition appelée persistance héréditaire d'HbF à l'âge adulte. La transplantation autologue de cellules souches/progénitrices hématopoïétiques (CSPH) génétiquement corrigées est prometteuse. Une approche CRISPR/Cas9 pour réprimer BCL11A, un répresseur de la globine γ, a été approuvée mais comporte des risques de génotoxicité dues aux cassures double brin (CDB). Nous avons ciblé les sites de liaison (SL) des activateurs transcriptionnels GATA1 et ATF4, présents dans les régions +58-kb et +55-kb, respectivement, des enhancers érythroïdes de BCL11A, avec des éditeurs de base (BEs) pour introduire des mutations ponctuelles précises sans créer de CDBs. Des ARN guides (ARNg) ont été testés dans des cellules souches hématopoïétiques (CSH) de patients drépanocytaires en combinaison avec des BEs, générant différents nucléotides dans les motifs de liaison avec une efficacité d'édition atteignant 90 %, avec peu ou pas d'indels induits par les CDB. La réactivation d'HbF a été observée dans tous les échantillons édités, mesurée par HPLC, mais pas suffisante pour un sauvetage complet du phénotype dans les cellules érythroïdes issues des CSPHs drépanocytaires éditées. Nous avons donc ciblé simultanément les SL de GATA1 et ATF4 pour augmenter les niveaux d'HbF. Les cellules éditées au niveau des enhancers +58 et +55 ont montré une augmentation de l'expression d'HbF par rapport aux cellules recevant des ARNg individuels, dépassant les niveaux atteints avec la stratégie CRISPR/Cas9. Enfin, la réactivation de l'HbF était suffisante pour permettre un sauvetage substantiel du phénotype malade, diminuant le nombre de cellules drépanocytaires à 16,4%. Pour évaluer les effets hors cibles, nous avons utilisé le GUIDE-seq couplé au séquençage ciblé, le séquençage de l'exome entier et le RNA-seq, tandis que les effets indésirables présent dans les sites cibles ont été évalués par séquençage Long read. L'efficacité du BE pour repeupler les CSH a été démontrée en transplantant des CSH éditées dans des souris immunodéficientes, prouvant l'efficacité de l'édition simultanée des éléments transrégulateurs de la globine γ pour la réactivation de l'HbF. Cette preuve de concept permettra le développement préclinique et clinique de CSH modifiées pour le traitement des β-hémoglobinopathies. Cependant, des travaux récents montrent que les BEs peuvent également générer de larges délétions ou indels (Antoniou et al. 2022). Ainsi, une nouvelle stratégie basée sur l'édition de l'épigénome a été développée pour moduler l'expression des gènes sans modifier la séquence d'ADN sous-jacente. Nous avons analysé les marques épigénétiques dans deux régions cis-régulatrices clés, les promoteurs de HBG et les enhancers de BCL11A, dans des cellules érythroïdes dérivées de CSPH. Des marques épigénétiques répressives, telles que la méthylation de l'ADN, ont été détectées au niveau des promoteurs de HBG dans des cellules érythroïdes adultes n'exprimant pas la globine γ. En revanche, la déméthylation de l'ADN et les marques épigénétiques activatrices telles que l'acétylation de la lysine 27 de l'histone 3 (H3K27ac) et la triméthylation de la lysine 4 (H3K4me3) ont été détectées au niveau des promoteurs de HBG dans les cellules érythroïdes exprimant la globine γ. La forte expression de BCL11A dans les cellules érythroïdes adultes est associée à de faibles niveaux de méthylation de l'ADN au niveau des enhancers de BCL11A. L'inactivation des enhancers de BCL11A est associée à une augmentation de la méthylation de l'ADN. Ces données nous ont permis de concevoir des modificateurs de l'épigénome pour manipuler l'architecture épigénétique des promoteurs de HBG et des enhancers de BCL11A afin d'atteindre des niveaux thérapeutiques d'HbF.