5- Groupe Maintien de la masse et de la force musculaires & optimisation des thérapies géniques basées sur l’AAV (MOOVE)

Responsable de groupe : France Pietri-Rouxel

La trajectoire de recherche de l’équipe est guidée par la volonté de mener des études visant à comprendre les mécanismes qui sous-tendent le maintien de la masse musculaire dans les muscles malades et vieillissants. Cet axe est en interaction constante avec le développement de l’optimisation des stratégies thérapeutiques de la DMD et s’étend à d’autres maladies neuromusculaires.

Décryptage du rôle de la voie CaVβ1/GDF5 dans la lutte contre la perte de masse et de fonction musculaires

CaVβ1, codée par le gène Cacnb1, existe sous la forme de plusieurs variantes de transcription dans le muscle squelettique. Nos travaux récents démontrent que CaVβ1D est l’isoforme adulte constitutive, localisée avec CaVα1 au niveau de la triade. D’autre part, nous montrons que CaVβ1E et CaVβ1A sont exprimées à la fin de l’embryogenèse et aux stades péri-nataux. Dans le muscle adulte, la réexpression de ces isoformes embryonnaires CaVβ1E et/ou CaVβ1A joue un rôle crucial dans l’homéostasie de la masse musculaire lorsque l’activité électrique est altérée en empêchant la perte de masse musculaire. Nous avons montré que l’expression de l’isoforme embryonnaire CaVβ1E/CaVβ1A et de l’isoforme constitutive adulte CaVβ1D découle de l’activation de deux promoteurs distincts et que le changement induit par la dénervation peut être régulé par la restauration d’un programme épigénétique embryonnaire. Ces résultats permettent de mieux comprendre le mécanisme qui sous-tend l’induction de l’expression des isoformes embryonnaires de CaVβ1 dans les muscles squelettiques adultes après une altération de l’activité électrique et soulèvent des questions concernant le rôle des isoformes de CaVβ1 dans les muscles squelettiques embryonnaires et adultes.

Étude préclinique d’un traitement contre la sarcopénie basé sur le GDF5

L’une des préoccupations majeures du système de santé publique est représentée par le nombre croissant de personnes souffrant de sarcopénie caractérisée, une perte progressive de la force, de la qualité et de la masse des muscles squelettiques au cours du vieillissemen. Malgré plusieurs études menées sur les différents aspects de cette maladie, les approches thérapeutiques visant à contrer la dégradation musculaire liée à l’âge se limitent à la restriction calorique et à l’exercice physique, avec une observance limitée de la part des patients. Pour ces raisons, l’identification de nouveaux médicaments candidats pour lutter contre la fonte musculaire liée à l’âge reste un défi. Dans ce contexte, le GDF5 peut être un candidat acteur de grand intérêt. Le GDF5 appartient à la famille des protéines morphogénétiques osseuses (BMP). Nos travaux antérieurs ont démontré que l’augmentation de la signalisation du GDF5 est capable de prévenir la fonte musculaire liée à l’âge. Nous avons largement étendu les analyses des effets d’un traitement à base de GDF5 sur le muscle squelettique au cours du vieillissement. Nos résultats montrent que l’a surexpression du GDF5 chez la souris, au début du déclin musculaire lié à l’âge, est capable d’augmenter la masse et la fonction musculaires, d’améliorer la connectivité neuro-musculaire et de prévenir la dégradation de la jonction neuro-musculaire. Nous avons démontré que la surexpressin locale de GDF5 OE exerce une activité « rajeunissante » sur l’ensemble de la transcription dans le muscle de la souris âgée. Plus important encore, nous avons établi un protocole thérapeutique potentiel, par administration systémique de GDF5 recombinant (rGDF5) dès la phase précoce du vieillissement, qui récapitule à long terme les bénéfices observés lors de l’administration locale de GDF5 OE et qui peut être transposé à l’homme. Sur la base de cette preuve de concept, nous avons fourni un GDF5 humain synthétique optimisé qui sera utilisé chez l’homme dans le cadre d’essais cliniques et, à terme, d’une thérapie. Aujourd’hui, nous déterminons la dose optimale à utiliser pour les essais futurs et des études visant à déterminer la meilleure voie d’administration sont également en cours, en utilisant le produit GDF5 optimisé.

Comprendre les mécanismes fondamentaux qui sous-tendent l’effet hyperplasique du GDF5 dans les muscles DMD

Dans la DMD, l’absence de la protéine dystrophine entraîne une atteinte de l’intégrité des fibres musculaires accompagnée de cycles de dégénérescence/régénération. Initialement, la régénération est soutenue par la prolifération et la différenciation des cellules satellites (MuSC). Cependant, leur potentiel de régénération s’épuise progressivement, entraînant un dysfonctionnement musculaire. Néanmoins, il a été démontré que d’autres cellules musculaires résidentes (MRC) participent à la régénération musculaire. Nos résultats préliminaires ont révélé que la surexpression du GDF5 dans le muscle d’un modèle de souris DMD induit une hyperplasie par le biais de la modulation des MRC. Afin de comprendre la réponse du muscle dystrophique au traitement par le GDF5 et d’identifier les acteurs cellulaires qui médient son effet bénéfique, nous utiliserons une combinaison de snRNAseq – Spatial Transcriptomics. Cette stratégie nous permettra d’identifier i) quelles populations cellulaires répondent au GDF5 et ii) comment la diaphonie cellulaire au sein de la niche de régénération est modulée par le traitement.)

Traitement combiné GDF5 et AAV-microdystrophine 

Notre précédente étude réalisée pour optimiser la thérapie génique par AAV dans le muscle dystrophique a montré les avantages d’un traitement combiné. Considérant l’effet hyperplasique du GDF5 dans le muscle DMD, nous avons surexprimé le GDF5 en utilisant un AAV de sérotype 9 pour induire la formation de nouvelles fibres, puis nous avons injecté un AAV thérapeutique de sérotype 10 portant le transgène de la micro-Dystrophine (µDys) pour traiter les fibres, y compris celles nouvellement formées. Nos données préliminaires ont montré une augmentation du nombre de petites fibres, une modulation de la régénération et surtout une augmentation du nombre de petites fibres µDys positives en condition de double traitement AAV-GDF5/AAV-µDys par rapport à l’AAV-µDys seul, ce qui révèle un effet synergique de la surexpression de GDF5 et de la thérapie génique µDys. Nous évaluerons ensuite l’administration de la protéine synthétique GDF5 (sGDF5) en combinaison ou non avec l’AAV-µDys dans un modèle préclinique de DMD sévère, le rat R-DMDdel52, qui reproduit fidèlement le phénotype et l’évolution de la maladie observés chez les patients humains, avec une perte musculaire et un dysfonctionnement cardiaque progressifs, une létalité précoce et la plupart des signes cliniques et histologiques de la DMD.

Découvrir le nouveau rôle de la signalisation GDF5 dans la sclérose latérale amyotrophique (SLA)

La dénervation musculaire est une caractéristique commune à plusieurs maladies neuromusculaires et explique l’atrophie et le dysfonctionnement des muscles squelettiques associés à leur physiopathologie. Il est important de noter que l’activation de la voie GDF5/SMAD1/5 a été décrite comme étant essentielle à la réinnervation correcte après une lésion nerveuse et qu’elle est également bénéfique pour les dysfonctionnements précoces et tardifs des motoneurones dans un modèle de SLA. Nous avons notamment observé que l’expression de la protéine GDF5 diminuait au début de la phase symptomatique dans le modèle de souris SOD1G93A bien caractérisé, suggérant que cette dysrégulation pourrait exacerber la progression de la maladie en empêchant une régénération nerveuse efficace. A partir de ces données, nous avons émis l’hypothèse que la surexpression de GDF5 pourrait préserver l’innervation mais aussit la masse et la fonction musculaires de la SLA et avoir un impact bénéfique sur la physiopathologie de la maladie. Nos données préliminaires, obtenues en collaboration avec le groupe de Piera Smereglio, montrent que la surexpression du GDF5 retarde la progression de la maladie, en limitant la perte de poids, l’atrophie musculaire et la diminution de la force. Dans l’ensemble, nos résultats indiquent fortement que le traitement de la SLA par le GDF5 protège contre la dénervation et pourrait être bénéfique sur l’ensemble de la physiopathologie de la maladie. Notre objectif aujourd’hui est de comprendre les mécanismes à l’origine des effets bénéfiques du GDF5 dans la SLA et de concevoir des protocoles innovants basés soit sur la supplémentation en GDF5, soit sur une combinaison de GDF5 et de thérapie génique.

 

Composition de l’équipe

PIETRI-ROUXEL France, Responsable de groupe
FALCONE Sestina, Chargée de recherche
GENTIL Christel, Ingénieure
TRAORE Massiré, Ingénieur
FAIL Aurélie, Ingénieure d’étude
BOURGUIBA Aly, Etudiant en thèse
VERGNOL Amélie, Étudiante en thèse
GELIN Maxime, Etudiant en thèse

 

Contact

france.pietri-rouxel@upmc.fr

 

Nos dernières publications

 

Brevets

  • Combined therapy for muscular diseases/A1/WO2021089736)
  • EP24305219 PEGYLATED GDF5 PROTEIN Pietri-Rouxel F, Falcone S, Traoré M. and Noviello C.
  • WO2016198676A1 publication Critical patent/WO2016198676A1 COMBINED THERAPY FOR DUCHENNE MUSCULAR DYSTROPHY Lorain et al.
  • EP18 184861.5 and 19 152677.1 COMPOSITIONS FOR THE TREATMENT OF SARCOPENIA OR DISUSE ATROPHY Piétri-Rouxel & Falcone
  • EP19207561.2.COMBINED THERAPY FOR MUSCULAR DISEASES Piétri-Rouxel & Falcone