Un petit poisson peut-il aider à identifier les traitements possibles pour une maladie héréditaire ultra-rare que l’on trouve dans un garçon de l’Alabama? La maladie génétique est XMEA, qui affaiblit progressivement les muscles et peut affecter le foie et le cœur. XMEA signifie une myopathie liée à l’X avec une autophagie excessive. En mars 2024, seuls 33 cas avaient jamais été vus dans le monde.
Après que la séquence d’ADN du génome du garçon ait montré une mutation dans le gène VMA21, l’une des causes connues de XMEA, de l’Université de l’Alabama à Birmingham et des enfants de l’Alabama neurologue pédiatrique Michael Lopez, MD, Ph.D., a référé la famille au centre UAB pour la modélisation animale de précision ou C-Pam.
À C-PAM et en collaboration avec un groupe canadien, des recherches dirigés par Matthew Alexander, Ph.D., UAB Department of Pediatrics, Division of Pediatric Neurology, et Jim Dowling, MD, Ph.D., Hôpital pour les enfants malades, Toronto, Ontario, ont créé un modèle préclinique de XMEA à la fiefrafish by Mutating The Fish Gene qui est analogique à Vma21.
Bien que ce petit poisson rayé se trouve couramment dans les aquariums domestiques, le poisson zèbre est également un modèle animal précieux pour les maladies humaines en raison de la croissance rapide, de grandes tailles d’embrayage et de la manipulation génétique facile. Ils sont également transparents sous forme de larves.
Dans une étude publiée dans EMBO Médecine moléculaireAlexander et Dowling montrent maintenant que leur poisson zèbre mutant a affaibli les muscles et d’autres symptômes qui reflètent la maladie de XMEA humaine. Avec ce modèle simple, ils ont pu tester 30 médicaments testés cliniquement et en identifier deux qui ont considérablement amélioré les symptômes XMEA chez le poisson zèbre. Ils étudient maintenant la mutation VMA21 dans un modèle de mammifère, la souris, pour pousser davantage la recherche vers un éventuel traitement clinique.
« Nous avons établi le premier modèle animal préclinique de XMEA, et nous avons déterminé que ce modèle récapitule fidèlement la plupart des caractéristiques de la maladie humaine », a déclaré Alexander. « Il est donc parfaitement adapté à l’établissement de pathomécanismes de la maladie et à l’identification des thérapies. »
Les chercheurs ont utilisé CRISPR-CAS9, souvent appelé ciseaux moléculaires pour l’ADN, pour créer deux mutants: une mutation de fracture de cadre provoquée par une suppression d’une paire à une base, et un codon d’arrêt prématuré créé lors de la suppression de 14 paires de bases et une insertion de 21. Les deux mutations de perte de fonction ont réduit les niveaux de protéines VMA21.
Les deux mutants ont montré des changements cohérents avec la structure et la fonction musculaire modifiées, telles que la longueur du corps plus courte et les vessies de natation non gonflées. Ils avaient une capacité réduite à nager d’un stimulus, et ils ont passé moins de temps à nager et ont parcouru moins de distance par rapport au poisson zèbre de type sauvage.
Le changement cellulaire clé de la XMEA humaine est une altération de l’autophagie, le système de recyclage de la cellule. L’autophagie se déroule dans les organites cellulaires appelés lysosomes, et ceux-ci doivent être acides pour activer les protéases qui dégradent les protéines pour le recyclage en nouvelles protéines. Comme le XMEA humain, les lysosomes de poissons mutants ont montré un échec à acidifier, et les cellules musculaires avaient des vacuoles caractéristiques – des structures fermées remplies par un fluide. Comme les patients humains XMEA, le poisson a également montré des pathologies hépatiques et cardiaques.
Contrairement à la XMEA humaine, qui peut varier de symptômes légers à modérés en tant que maladie progressive, le poisson mutant a montré de graves réductions de la durée de vie, probablement en raison d’une perte plus complète de la fonction VMA par rapport aux patients humains.
Étant donné que les poissons avaient altéré l’autophagie et comme il n’y a pas de thérapies pour les patients atteints de XMEA, les chercheurs ont testé 30 composés inhibiteurs de l’autophagie testés cliniquement de la bibliothèque de médicaments Seckchem sur le poisson XMEA.
Croissement des embrayages pour la modification de la biréfringence musculaire, un changement dans la réfraction de la lumière polarisée qui indique une organisation musculaire réduite, l’équipe a identifié neuf composés qui ont à la fois réduit la biréfringence anormale et une survie prolongée sur les poissons. Les tests à long terme des neuf pour l’amélioration de la survie et de la natation ont montré que l’Edaravone et Ly294002 avaient les plus grands effets thérapeutiques.
« De manière passionnante, nous avons constaté que plusieurs antagonistes de l’autophagie pouvaient améliorer les aspects du phénotype du zèbre VMA21, et deux composés en particulier ont amélioré le phénotype à travers plusieurs domaines de biréfringence, de fonction motrice et de survie », a déclaré Alexander. « Le fait que plusieurs modulateurs d’autophagie ont amélioré les aspects du phénotype soutient un rôle important pour l’autophagie dans le processus de la maladie et donne confiance à la validité et à la traductibilité potentielle des résultats aux patients. »
Les co-auteurs avec Alexander et Dowling sur l’étude sont Lily Huang, Rebecca Simonian et Lacramioara Fabian, Hospital for Sick Children; et Michael A. Lopez, Muthukumar Karuppasamy, Veronica M. Sanders et Katherine G. English, UAB Department of Pediatrics, Division of Pediatric Neurology.
