A genome editing approach to induce fetal hemoglobin expression for the treatment of β-hemoglobinopathies
Développement d'une stratégie d'édition du génome permettant d'induire l'expression de l'hémoglobine fœtale pour le traitement des hémoglobinopathies beta
par Antoniani Chiara sous la direction de Miccio Annarita
Thèse de doctorat en Biologie moléculaire
École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité

Soutenue le Monday 27 November 2017 à Sorbonne Paris Cité

Sujets
  • Aspect génétique
  • CRISPR-Cas9
  • Hémoglobine foetale
  • Thalassémie
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Mots clés
Β-thalassémies et drépanocytose, CSPH, Technologie CRISPR/CAS9
Resumé
Les β-hémoglobinopathies (β-thalassémies et drépanocytose) sont des anémies génétiques qui touchent des milliers de nouveaux nés chaque année dans le monde. Ces maladies sont causées par des mutations affectant l'expression de l'hémoglobine chez l'adulte. Le seul traitement disponible est la transfusion sanguine à vie, associée à une chélation du fer. Pour les patients les plus touchés, la greffe de cellule souche hématopoïétique (CSH) demeure le seul traitement curatif. Néanmoins, la transplantation autologue de cellules souches génétiquement corrigées représente une alternative thérapeutique pour les patients dépourvus de donneur compatible. Certaines délétions naturelles comprenant les gènes de la β- et δ- globine dans le locus de l'hémoglobine sont corrélées à une persistance de l'expression de l'hémoglobine fœtale (HPFH) à l'âge adulte. Ainsi il a été démontré que un taux élevé d'hémoglobine fœtale (HbF) améliore l'évolution clinique de ces deux pathologies. Afin d'identifier les régions régulatrices potentielles de la γ-globine, nous avons combiné les données issues d'analyses de mutations rencontrées chez des patients HPFH avec les sites d'hybridation de facteur de transcription. Sur la base de cette analyse, en ayant recours à la technologie CRISPR/CAS9, nous avons développé un protocole permettant de générer: (i) la délétion d'un potentiel suppresseur de l'HbF situé entre les gènes des globines δ et γ, ciblé par le répresseur de l'HbF BCL11A chez les érythroblastes adultes; (ii) la plus courte délétion associée à des taux élevés d'HbF (délétion Corfu) chez les patients β-thalassemiques; (iii) une délétion de 13.6-kb rencontrée fréquemment chez les patients HPFH et incluant les gènes des globines β et δ ainsi que le potentiel suppresseur de l'HbF. Notre travail a montré que la délétion de la région génomique de 13.6-kb entraîne une forte production de HbF et une réduction concomitante de l'expression de la β-globine soit dans des lignées cellulaires érythroïdes humaines soit dans des érythroblastes primaires dérivées des cellules souches et progéniteurs hématopoïétiques (CSPH). Par ailleurs, nous avons montré que la génération de cette délétion sur des CSPHs issus de patients drépanocytaires entraîne une augmentation de la transcription de la γ-globine dans une proportion significative d'érythroblastes, conduisant à une amélioration du phénotype drépanocytaire. Enfin, nous avons exploré le mécanisme menant à la réactivation de l'expression de la γ-globine. Nous avons évalué des changements dans la conformation de la chromatine et des modifications épigénétiques dans le locus de la β-globine lors de la délétion ou de l'inversion de la région de 13.6 kb. Dans l'ensemble, cette étude contribue à la connaissance des mécanismes favorisant l'échange de l'hémoglobine fœtale à l'adulte et fournit des indices pour une approche d'édition du génome dans le traitement de la β-thalassémies et de la drépanocytose.