Le texte ci-dessous est dérivé de l'article suivant qui est très intéressant, mais présente de nombreuses modifications de mon fait. Ces modifications relativisent l'optimisme pour les techniques scientifiques et le relative oubli de l’aspect humain dans ce genre de littérature académique. Mais encore une fois il s'agit d'un excellent article très informatif sur l'état de l'art des ASO.

Thérapies basées sur les ASO

Les oligonucléotides antisens (ASO) sont de courtes molécules d'ADN ou d'ARN conçues pour se lier à des régions spécifiques de l'ARNm cible et donc interférer avec la production de protéine dans les cellules infectées. La production de protéine est indispensable à la vie de la cellule, les protéines sont à la fois utilisées comme matériaux et comme moyen de coordination entre les différentes organelles cellulaires. Les ASO peuvent moduler l’épissage pré-ARNm, augmenter les niveaux de protéines fonctionnelles et diminuer les niveaux de protéines toxiques. Ces dernières années, l’utilisation des ASO a donné un nouvel élan à la recherche et au développement de thérapies efficaces pour de nombreuses maladies auparavant incurables comme la SBMA, l'atrophie musculaire spinale (SMA) et la sclérose latérale amyotrophique (SLA). Dans ce domaine, le recours aux ASO a conduit à de grands succès et à de grands échecs.

Le plus grand succès a certainement été le développement d'une thérapie pour la SMA basée sur un ASO appelé nusinersen, capable de compenser le manque de protéine SMN dans le gène SMN1. Le médicament améliore considérablement la fonction motrice et augmente la survie des patients atteints de SMA. En quelques années seulement, il a été possible de passer de la phase préclinique à l'approbation et à la commercialisation du médicament grâce à une collaboration efficace entre les différentes parties prenantes. Un autre résultat très positif a été obtenu dans le traitement de la SLA associée à des mutations du gène SOD1. Tofersen est un ASO conçu pour le traitement des patients SLA porteurs d’une certaine mutation du gène SOD1. Les données recueillies jusqu'à présent ont montré qu'il peut ralentir la progression de la maladie chez certains malades, surtout si le traitement est commencé tôt après l'apparition des symptômes. D'autres études cliniques à long terme sont toujours en cours, mais la FDA a approuvé le tofersen en 2023 dans le cadre de son programme d'approbation accélérée, et l'approbation de l'EMA est arrivée en février. 2024. Il s’agit d’une étape importante dans l’histoire de la recherche sur la SLA qui a montré pour la première fois que la maladie, au moins sous certaines de ses formes (concernant malheureusement moins de 2% des patients), peut être traitable.

Ces résultats ont stimulé la recherche de thérapies basées sur l'ASO pour la SLA associée à des mutations dans d'autres gènes. Des essais cliniques avec des ASO ciblant les mutations des gènes FUS, STMN2 et ATXN2 sont en cours et montreront dans les années à venir si ces thérapies sont efficaces.

Le cas de l’expansion du gène C9orf72 mérite une discussion à part. Compte tenu de la fréquence de cette mutation dans les formes familiales et sporadiques de la SLA, des ASO dirigés contre l’ARNm sens, ciblant l’ARNm contenant l’expansion répétée, ont été développés et testés avec des résultats encourageants dans des modèles animaux. Sur la base de données prometteuses, deux sociétés différentes ont lancé des essais cliniques de phase 1/2 avec des ASO ciblant différentes régions de l'ARNm de répétition. Malheureusement, les deux essais ont été interrompus après une analyse intermédiaire des résultats, car ni les critères d'évaluation principaux ni secondaires n'étaient atteints.

À ce stade, on ne sait pas exactement quelle pourrait être la cause de ces échecs bien que diverses hypothèses ont été suggérées.

Aspects généraux importants du développement de thérapies basées sur l'ASO.

Les scientifiques classent l'effet des ASO en deux principaux mécanismes pathologiques provoqués par des variantes pathogènes : la perte de fonction et le gain de fonction. Cette classification semble pourtant rudimentaire, la plupart des mécanismes biologiques étant extrêmement complexes. En général, les variantes perte de fonction sont relativement plus faciles à gérer que les variantes gain de fonction. Les gènes perte de fonction sont souvent approchés en restaurant des productions de protéines saines, tandis que les gènes gain de fonction sont approchés en limitant la production ou en augmentant la dégradation de protéines altérées.

La perte de fonction

L'approche thérapeutique générale de la perte de fonction dans le cas de la SMA, bénéficie de l'existence du gène SMN2 qui produit aussi de la protéine SMN (Le gène SMN2 est dérivé du gène SMN1 au cours de l'évolution), car il était possible de cibler un site de SMN2 et ainsi d'augmenter la synthèse d'une protéine SMN fonctionnelle complète.

Le gain de fonction

Les gains de fonction incluent, les variantes faux-sens et les répétitions étendues, et ils confèrent des fonctions supplémentaires, inopportunes, à la protéine, augmentant sa propension à former des agrégats, peut-être car la cellule ne sait pas gérer ou dégrader cette production de protéines incongrues. Par conséquent, une façon de développer une thérapie efficace consiste à dégrader les agrégats toxiques ou à empêcher leur formation. Il existe deux options différentes.

• Une stratégie sélective implique l’utilisation d’ASO qui dégradent la variante toxique (mutante) tout en préservant la forme normale de la protéine. Encore faut-il que les cellules du patient produisent suffisamment de protéine normale.

• D’un autre côté, un ciblage du gène affecté pourrait réduire à la fois les variantes toxiques et saines. Il s’agit d’une approche plus simple et ne nécessite pas l’utilisation de thérapies adaptées (différents ASO pour différentes mutations), mais cela implique que les fonctions physiologiquement nécessaires de la protéine de type sain sont également réduites. En effet l’inactivation non spécifique d’une protéine a forcément des conséquences graves et imprévisibles.

Il est ridicule de penser que nous puissions avoir des mécanismes biologiques qui seraient inutiles, et c'est assez incroyable que l'on envisage cette méthode pour soigner des humains. Ces effets négatifs sur la protéine de type sain sont probablement à l’origine de l’échec du traitement par ASO chez les patients SLA porteurs de la mutation du gène C9orf72. De tels effets négatifs n’ont cependant pas été observés avec le traitement par tofersen chez les patients SLA présentant des mutations SOD1. Cependant, un suivi à long terme de ces patients est nécessaire.

Un exemple de cette stratégie de blocage de production, est la tentative de correction des défauts d’épissage dus à l’épuisement nucléaire de la protéine TDP-43. Un des nombreux rôles de cette dernière protéine est de corriger les défauts lors de la transcription de protéines. Or les cellules produisant en permanence environ 20 000 types de protéines différents malgré les différents stress auxquels elles sont confrontées (surtout chez les patients âgés), les erreurs de productions sont nombreuses et nécessitent de nombreux mécanismes de correction.

Le principal avantage thérapeutique de cette stratégie est qu’une population beaucoup plus large de patients SLA que les seuls porteurs de mutations pourrait bénéficier de cette stratégie thérapeutique, car une mauvaise localisation de TDP-43 est observée chez presque tous les patients SLA. D'ailleurs cette mauvaise localisation de TDP-43 est observée dans d'autres maladies neurodégénératives comme la FTD ou la maladie d'Alzheimer. Mais cette stratégie, compte tenu du rôle fondamental de TDP-43, serait équivalente à une forme d'empoisonnement du patient, bien cela n'empêche pas de nombreux scientifiques et laboratoires de la considérer comme voie thérapeutique.

Une approche plus raisonnable consiste à tenter de corriger les défauts d’épissage d’ARNm spécifiques. Il n’est pas clair si la correction de ces anomalies d’épissage uniques et spécifiques s’avérera efficace. Il est possible que plusieurs de ces ARNm mal épissés doivent être corrigés avec un cocktail d’ASO avant d’obtenir un bénéfice thérapeutique.

Alternativement, il peut être utile d'identifier d'autres entités biologiques jouant un rôle clé dans le processus d'épissage médié par TDP-43. SYF2 est un facteur d'épissage pré-ARNm qui est recruté dans le spliceosome pour réguler l'épissage. Lorsqu'il est régulé négativement, il inverse la pathologie du TDP-43 et améliore la fonction du TDP-43, y compris le traitement de l'ARN, dans les modèles précliniques. Ainsi, la régulation négative de SYF2 médiée par ASO pourrait restaurer un mauvais épissage de plusieurs ARNm mais aussi perturber l’épissage de protéines saines. Mais là encore il est illusoire de penser qu'inhiber une protéine puisse avoir des effets bénéfiques. Pour savoir si cette stratégie fonctionne également chez les patients atteints de SLA, les essais cliniques seront cruciaux.

Un mode d'administration contestable

Actuellement, les ASO sont administrés par administration intrathécale, une procédure plutôt invasive et techniquement exigeante. Quelques cas de malades réagissant particulièrement bien ont été récemment médiatisés par des laboratoires universitaires et pharmaceutiques. Ce qui n'est pas dit c'est que ces malades subissent une chirurgie à risque chaque semaine. Bien que couramment utilisée en milieu clinique, le caractère invasif et le coût de la procédure stimulent le développement de technologies d’administration alternatives. Du point de vue du malade c'est un risque à courir, mais ce n'est sûrement pas tenable sur la durée et c'est un coût phénoménal pour les sécurité sociales.

La voie intrathécale est une procédure invasive qui peut être remplacée par le développement d’ASO conjugués à des nanoparticules. Des progrès en chimie visant à utiliser de nouveaux adjuvants sont en cours de développement. L'utilisation de particules d'administration, telles que des nanoporteurs polymères enrobés de glucose et des ASO conjugués à des peptides, est très prometteuse pour l'avenir, car elles peuvent traverser la barrière hémato-encéphalique et améliorer le transport des ASO dans le système nerveux. Cependant, la délivrance par nanoparticules peut présenter une toxicité liée à la nature des nanoparticules utilisées. Par exemple, les nanoparticules à base de protéines peuvent exercer une cardiotoxicité, et une hépatotoxicité importante.

Traitement chez les personnes asymptomatiques

Les traitements chez les personnes asymptomatiques sont toujours l'objet de controverses éthiques, qui peut prédire qui va être malade de la SLA? Pourquoi condamner des personnes apparemment saines à un traitement toute leur vie? Plus prosaïquement comment convaincre les systèmes de sécurité sociale et mutuelles qu'économiquement ces traitements à vie ont un intérêt, à l'heure où on réduit l'assistance aux patients atteints de maladies chroniques? Ce qui motive ces propositions c'est qu'au moment où les premiers symptômes de la maladie apparaissent, les motoneurones et plus globalement le système musculaire ont déjà subi des dommages importants qui ne peuvent être éliminés. Par conséquent, le traitement ne peut que ralentir ou, au mieux, arrêter la progression de la maladie. Deux essais cliniques chez des individus pré-symptomatiques avec un diagnostic génétique de SMA (NURTURE, NCT023865539) et porteurs de mutations du gène SOD1 (ATLAS, NCT04856982) sont en cours sur cette question. Si les résultats sont positifs, nous pourrions assister à un changement révolutionnaire pour certaines maladies du système moteur, qui vont passer du statut d’incurables et mortelles à celui de traitables.

Dans le cas de la SMA, le dépistage néonatal (NBS) permet d'initier immédiatement un traitement spécifique pour les enfants atteints de SMA afin de stopper la perte irréversible des motoneurones et la progression de la maladie et d'assurer un développement moteur comme celui des enfants sans maladie neuromusculaire. Dans le cas de la SLA, étant donné que les mutations du gène SOD1 représentent environ 20 % des maladies d'origine familiales et jusqu'à 2 % des cas sporadiques, un dépistage rapide des mutations SOD1 devrait être effectué chez tous les nouveaux patients SLA présentant des présentations à la fois familiales et sporadiques. Mais il y a des dizaines de mutations différentes de SOD1, certaines foudroyantes, d'autres relativement lentes à tel point que le patient décède seulement à un âge avancé.

Conclusion

En résumé, la thérapie ASO a fait des progrès remarquables ces dernières années, apportant des bénéfices significatifs au traitement des maladies des motoneurones. Le plus grand succès a été le développement du nusinersen, le premier traitement efficace contre la SMA approuvé par la FDA et l'EMA, capable d'améliorer les symptômes et de ralentir la progression de la maladie. Cela a été suivi quelques années plus tard par le tofersen, qui a été approuvé pour traiter les patients SLA présentant l'une des mutations SOD1. En revanche, le chemin à parcourir est encore long concernant d’autres formes de SLA associées à des mutations d’autres gènes, notamment C9orf72. Une compréhension plus approfondie des mécanismes pathogénétiques liés à la présence de mutations, ainsi que le développement de molécules de plus en plus efficaces et performantes, pourraient permettre de développer de nouvelles thérapies contre ces maladies neurodégénératives.

Every day brings its share of scientific articles announcing the imminent arrival of drugs for neurodegenerative diseases.

However, we are unable even to diagnose these diseases with certainty. The diagnosis is made by exclusion and sometimes gives rise to several different diagnoses. We would be better off talking about the spectrum of neurogenerative diseases. The only thing we know for certain is that these diseases are characterized by malformed protein aggregates in inappropriate places in cells.

These diseases are currently differentiated by scientists by the type of protein involved, but in fact, all of these malformed proteins are present to varying degrees in all of these diseases. The recent trend to generalize diagnosis based on molecular markers only recognizes our incompetence and only serves the pharmaceutical industry.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and/or frontotemporal dementia (FTD) are most often characterized by the cytoplasmic deposition of nuclear TAR-binding protein 43 (TDP-43). But this is rarely of a rare and deleterious protein form. Although the cytoplasmic localization of TDP-43 aggregates is commonly associated with ALS/FTD, it is unknown what causes the dysfunction, although different hypotheses have been posed such as cellular stress, for example (but not only) due to to a significant change in metabolism.

In a recent article, scientists from Macquarie University in Australia reported their work concerning the interaction between the proteins 14-3-3θ and TDP-43, which regulates the nuclear-cytoplasmic shuttle.

The 14-3-3θ protein, like many other proteins, is associated with several neurodegenerative diseases.

Similar work was carried out in the past (2016) which consisted of creating a peptide by attaching the M1 section of TDP-43 to a TAT peptide which gives a peptide: YGRKKRRQRRRAQFPGACGL, which repatriates the aggregates poorly localized in the nucleus of the cells.

This work does not seem to have given rise to recent developments in the field of neurodegenerative diseases. In any case, this 2016 work did not explain why these aggregates appeared. They only provided a mechanism to get them back into the cell's nucleus. It is not clear how this would have formed them correctly since this happens in a cellular organ called "endoplasmic reticulum" which is located in the cytoplasm.

In addition, forming proteins requires energy, but we know that the cells of many patients are in a state of "hibernation" called the cellular stress response, with activity reduced to the minimum necessary to survive. Furthermore, any genetic therapy only "infects" a fraction of cells, which reduces its interest. And these genetic therapies are not without side effects.

This new article presents a slightly different mechanism but does not further answer the questions above. The 14-3-3θ protein belongs to a family of proteins called 14-3-3, known to regulate other proteins by binding to them and they play a role in various cellular processes, including signaling, survival, and cell differentiation. This family includes more than 200 members. The authors found that neuronal levels of 14-3-3θ were increased in mouse models of ALS and sporadic FTD with TDP-43 pathology. As we already know, 14-3-3θ is associated with several neurodegenerative diseases. Scientists believe that the interaction of deleterious TDP-43 alleles with the 14-3-3θ protein results in cytoplasmic accumulation, insolubility, phosphorylation, and fragmentation of TDP-43, which resembles the pathological changes caused by these diseases in humans. What is interesting is that 14-3-3θ seems to interact preferentially with pathogenic TDP-43 versions but not with the usual version of TDP-43. This suggests that reducing the production (or increasing the degradation) of 14-3-3θ would reduce the production of pathogenic TDP-43. Scientists have therefore sought to reduce the amount of this 14-3-3θ protein in cells through genetic therapy.

The authors designed multiple versions of a peptide they called CTx1000, each version of which is tailored to reduce one of these deleterious forms of TDP-43. This reduction is mediated by degron of pathogenic TDP-43. A degron is a part of a protein that plays an important role in regulating protein degradation rates. In mice that underwent this gene therapy, functional deficits and neurodegeneration decreased, including when they were already symptomatic at the time of treatment. This incidentally matches many studies that, contrary to consensus, show that motor neurons do not die in ALS.

The university's press kit is, as usual, dithyrambic and the authors' statements resounding: "This new research is incredibly promising in slowing the progression of MND and FTD for the vast majority of our patients. I'm extremely hopeful that it will soon be available to our patients at the Macquarie University Hospital MND Clinic." This type of press kit is not aimed at patients and their loved ones, but rather at potential investors.

In conclusion, we can think that just as the therapy proposed in 2016 did not allow the development of a drug eight years later, it will probably be the same for this one, because it does not answer basic questions: Quid patients (the majority) who do not present a mutated form of TDP-43? What causes these protein clumps? Where can cells find the energy to be permanently “reactivated” from cellular stress response so that the therapy can do its work? How can we ensure that all of the targeted cells can receive the therapy, without side effects?

There are multiple subtypes of ALS: It could be of genetic origin, for example, an uncommon version of a SOD1, FUS, or C9orf72 genes might under some unknown conditions lead to ALS in aging people. But most people with ALS have no genetic alleles yet they developed ALS, perhaps due to some environmental conditions, like ingesting some toxins. In most cases people with ALS have a biomarker: They have aggregates of a very common protein, TDP-43, which localizes at an unlikely place in the neuron cells.

Some other things that are a bit weird in ALS, if it's of genetic origin why only aged people are striked? Why does it start with a seemingly innocuous muscular problem that soon extends to the whole body, but only for a specific type of muscle? The only therapy up to now, which seems to be a breakthrough is Qalsody, a genetic therapy by Biogen and Ionis. Unfortunately, it aims at a specific variant of the SOD1 gene which is present only in very few ALS patients. SOD1 variants are implicated in only 2% of ALS cases, and there are hundreds of SOD1 variants, while Qalsody targets only one of them.

In 2019 following the arrival of a SMA therapy, I made a plea for a genetic therapy aiming at TDP-43. Many scientists have been working on it in recent years, and it seems that one of those efforts is starting to show some results.

In 2011, Shulin Ju, Gregory A Petsko and colleagues found that hUPF1, a human gene, rescues the toxicity of FUS/TLS in a yeast model of ALS. This does not mean much as indeed there is an abyss between a yeast model of ALS and human beings. Yeasts are very different from mammal cells, but they are cheap so they are convenient for testing a large array of substances. The scientists identified several human genes that, when over-expressed in yeast, can rescue the cell from the toxicity of mislocalized FUS/TLS. This was confirmed again in 2013.

In 2015 the same team progressed pre-clinical trials research by demonstrating that on a rat model of ALS, human UPF1 exerted protective effects. The rat model was based on an over-expression of TDP-43. What was astonishing was that first there was no mortality between rats, second, it would demonstrate action both on FUS repeats and TDP-43 mislocalization which are very different diseases at the molecular level. This was again confirmed in 2015 by the same team while alluding that possible ALS therapy might also be useful for FTD, a type of dementia.

Astonishingly in 2021 another team led by Benjamin L Zaepfel, in the laboratory of well-known ALS scientist Jeffrey D Rothstein, found that UPF1 reduces C9orf72 neurotoxicity in an iPSC model of the disease. This might at the same time look insignificant (an iPSC model) and very significant (a therapy working for FUS/C9orf73/TDP-43).

Some of the scientists involved in this research work in a biotech MeiraGTx. MeiraGTx among other therapies, has designed a gene therapy for amyotrophic lateral sclerosis.

In a presentation on Oct. 27 at the European Society of Cell and Gene Therapy conference in Brussels, MeiraGTx showed that a single treatment with its gene therapy AAV-UPF1 prevented the loss of motor neurons in mouse and rat models with genetic and cellular defects seen in ALS

What is the significance of this? I do not know. UPF1 is a gene that encodes a protein that is part of a post-splicing multiprotein complex, the exon junction complex, involved in both mRNA nuclear export and mRNA surveillance. This has a relation with FUS and C9orf72, but not with TDP-43 versions of the disease. Any way at least if it works in human patients with FUS/C9orf72 that would mean one in five ALS patients would benefit from it. This would be much larger than Qualsody benefits.

If it works for TDP-43 it would heal most ALS and FTD cases. This would represent a large number of patients, FTD prevalence is 20/100,000 persons.

This presentation was probably a call to investors such as Biogen, to fund clinical studies. Let's hope it works.

The accumulation of toxic protein clumps is a crucial contributor to cell damage in people with ALS (TDP-43), Alzheimer's disease (beta-amyloid), or Parkinson's disease (alpha-synuclein). These aggregates are composed of abnormal proteins that fail to acquire their standard three-dimensional shape. In the case of ALS, the clusters of TDP-43 are also located in the cytosol, i.e. where the proteins are produced, before being folded up in the ER and then sent to their place of use by the Golgi apparatus. After shipment, TDP-43 should be in the nucleus.

Arimoclomol is an oral therapy that increases the production of heat shock response proteins (HSPs), which help misfolded proteins to their normal shape. HSPs also direct the removal of abnormal proteins when refolding is not possible.

One would therefore think that if ALS is primarily a problem with folding proteins, therapies that help misfolded proteins acquire their typical configuration should slow the progression of ALS. This has been tested with Arimoclomol. For once a clinical trial would have been launched on a drug that seemed to have a good chance of succeeding (oddly drug targets in most clinical trials in neurodegenerative diseases seem to be based on non-scientific criteria).

Arimoclomol was evaluated in a previous Phase 2/3 clinical trial (NCT00706147) in 36 patients with rapidly worsening ALS due to SOD1 mutations. The choice to select SOD1 patients is quite curious. There are countless SOD1 mutations, with consequences ranging from extremely rapid deterioration (a few months) to extremely slow deterioration (death after 10 years). There are therefore probably multiple mechanisms of action at work.

On the other hand, SOD1 mutations are only present in 5% of ALS cases. But SOD1 mutations were the first mutations discovered in ALS and are by far the most studied for 30 years, yet without significant progress being recorded.

Although this clinical trial did not show statistically significant results, the company Orphazyme managed to find funding for a phase III trial. The Phase 3 ORARIALS-01 trial (NCT03491462) studied arimoclomol in 245 adults with ALS. This clinical trial did not achieve its objectives. Arimoclomol did not prolong the life of patients or even delay the progression of disability in people with the disease. In other words, it was a spectacular failure, like almost all clinical trials in ALS.

Although I am neither a doctor nor a scientist, this made me think that the premises for rationale of arimoclomol in ALS were false. Personally, since that time, I am convinced that ALS is due to a cellular stress response that does not stop and which therefore destroys not only neurons but also muscle cells.

Indeed, the response to cellular stress consists of an almost total shutdown of the cell, this shutdown cannot be permanent. This stop explains very well the loss of muscle mass (which scientists explain by the death of motor neurons, while this loss occurs before motor neurons death).

From this perspective (very personal), any action aimed at increasing the energy expenditure of the cell (it takes energy to fold proteins), is doomed to failure.

Yet the scientists behind arimoclomol in 2004, seem to be back at the lab table. This time they are no longer interested in SOD1 mutations but in VCP mutations. VCP mutations are very rare, less than 1% of ALS cases. They conducted a study of arimoclomol in mice with a mutation in valosin-containing protein (VCP) that causes both ALS and FTD in patients.

Similar to studies of arimoclomol in SOD1 mice, enhancement of the heat shock response ameliorated the ALS/FTD-like phenotype in the spinal cord and brain of VCP mutant mice. Arimoclomol prevents neuronal loss in it. Additionally, in human cell models, the authors demonstrate improvements in pathology in VCP mutant patient fibroblasts and iPSC-derived motor neurons.

The scientists suggest that targeting HSP may have therapeutic potential, not only in non-SOD1 ALS, but also for the treatment of FTD.

Errare humanum perseverare diabolicum