Décrypter les amplificateurs des gènes de la perte auditive pour une thérapie génique ciblée et efficace de la surdité héréditaire

Neurologie Génie biologique Génétique Sciences de la vie Médecine
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Contexte académique

La surdité héréditaire est l’un des troubles sensoriels les plus répandus dans le monde, affectant plus de 400 millions de personnes, dont environ 60 % des cas de surdité congénitale sont liés à des facteurs génétiques. Bien que la thérapie génique médiée par le virus adéno-associé (AAV) montre un énorme potentiel dans le traitement de la surdité héréditaire, des problèmes importants subsistent en ce qui concerne sa spécificité et sa sécurité. La complexité structurelle de la cochlée accroît encore le défi de la précision dans la livraison des gènes. Pour résoudre ces problèmes, les chercheurs ont développé un nouveau flux de travail appelé ARBITER (Reconstruction d’Enhanceurs Transcriptionnels In Vivo Basée sur des Rapporteurs AAV) pour décrypter les enhanceurs des gènes liés à la perte auditive. Cette recherche vise à identifier et à ingénier des enhanceurs pour permettre une thérapie génique efficace et spécifique, rétablissant ainsi la fonction auditive.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Simeng Zhao, Qiuxiang Yang, Zehua Yu et d’autres auteurs, issus de l’Institut iHuman de l’Université de ShanghaiTech, de l’École des sciences et technologies de la vie, ainsi que de l’Institut de zoologie de Kunming de l’Académie chinoise des sciences, entre autres institutions. L’article a été publié le 21 mai 2025 dans la revue Neuron, sous le titre Deciphering Enhancers of Hearing Loss Genes for Efficient and Targeted Gene Therapy of Hereditary Deafness.

Processus de recherche

1. Établissement du flux de travail ARBITER

L’équipe de recherche a d’abord établi le flux de travail ARBITER, qui utilise le vecteur AAV-IE pour livrer des gènes rapporteurs contenant des éléments de régulation génique synthétiques dans la cochlée. Si ces éléments sont effectivement nécessaires à l’expression des gènes, le gène rapporteur porté par le vecteur AAV affichera un modèle d’expression similaire à celui du gène cible. Les chercheurs ont injecté le gène rapporteur AAV-IE dans la cochlée de souris nouveau-nées via une injection de la fenêtre ronde (RWI) et ont collecté les tissus deux semaines plus tard pour une coloration immunofluorescente. Les résultats ont montré que le vecteur AAV-IE combiné au promoteur CAG pouvait transduire efficacement les cellules cochléaires, avec une transduction de près de 100 % des cellules ciliées (HCs) et de 80 à 95 % des cellules de soutien (SCs).

2. Identification et validation des enhanceurs

Les chercheurs ont identifié les séquences de chromatine ouverte et les séquences de liaison des facteurs de transcription près des gènes cibles en analysant les ensembles de données ATAC-seq et ChIP-seq publiés précédemment. De plus, ils ont analysé les éléments non codants conservés (CNEs) dans les locus géniques à l’aide d’un navigateur génomique et ont sélectionné des CNEs de plus de 100 pb comme candidats enhanceurs. Sur la base de ces éléments, les chercheurs ont conçu une série de constructions de gènes rapporteurs et les ont livrées dans la cochlée de souris nouveau-nées via le vecteur AAV-IE. Les résultats ont montré que deux CNEs dans le locus du gène SLC26A5 (SLC26A5-e1 et e2) pouvaient réguler de manière collaborative l’expression de SLC26A5.

3. Validation fonctionnelle des enhanceurs

Pour valider la fonction de ces enhanceurs, les chercheurs ont créé des souris knock-out pour SLC26A5-e1 et des souris double knock-out pour SLC26A5-e1 + e2 en utilisant la technologie d’édition génique CRISPR-Cas9. L’analyse des caractéristiques phénotypiques a montré que la suppression de SLC26A5-e1 entraînait une réduction progressive de l’expression de la prestine lors de la maturation, tandis que la double suppression de SLC26A5-e1 + e2 éliminait complètement l’expression de la prestine, provoquant une surdité sévère.

4. Ingénierie et optimisation des enhanceurs

Pour surmonter le problème de faible efficacité d’expression de l’enhancer SLC26A5-e1 + e2, les chercheurs ont optimisé l’enhancer via le flux de travail ARBITER. Ils ont divisé les enhanceurs e1 et e2 en petits modules et conçu une série d’enhancers synthétiques. Les résultats ont montré que les enhanceurs synthétiques combinant les modules e1p3 et e2p2 ou e2p3 (comme b8) pouvaient considérablement améliorer l’efficacité de l’expression génique. Les chercheurs ont ensuite évalué l’effet thérapeutique de l’enhancer b8 chez des souris knock-out pour SLC26A5, montrant que la livraison de SLC26A5 médiée par b8 pouvait restaurer efficacement la fonction auditive des souris.

Résultats principaux

  1. Établissement du flux de travail ARBITER : Le vecteur AAV-IE combiné au promoteur CAG peut transduire efficacement les cellules cochléaires, avec une transduction de près de 100 % des cellules ciliées et de 80 à 95 % des cellules de soutien.
  2. Identification et validation des enhanceurs : Deux CNEs dans le locus du gène SLC26A5 (SLC26A5-e1 et e2) peuvent réguler de manière collaborative l’expression de SLC26A5.
  3. Validation fonctionnelle des enhanceurs : La suppression de SLC26A5-e1 entraîne une réduction progressive de l’expression de la prestine lors de la maturation, tandis que la double suppression de SLC26A5-e1 + e2 élimine complètement l’expression de la prestine, provoquant une surdité sévère.
  4. Ingénierie et optimisation des enhanceurs : Les enhanceurs synthétiques combinant les modules e1p3 et e2p2 ou e2p3 (comme b8) peuvent considérablement améliorer l’efficacité de l’expression génique et restaurer avec succès la fonction auditive des souris knock-out pour SLC26A5.

Conclusion

Cette recherche a permis de décrypter et d’ingénier les enhanceurs du gène SLC26A5 grâce au flux de travail ARBITER, permettant une thérapie génique efficace et spécifique qui rétablit la fonction auditive des souris knock-out pour SLC26A5. Cette étude approfondit non seulement notre compréhension des principes fondamentaux de l’expression génique médiée par les enhanceurs, mais fournit également de nouvelles stratégies et outils pour le traitement de la surdité héréditaire.

Points forts de la recherche

  1. Méthode innovante : Le flux de travail ARBITER offre une nouvelle méthode pour décrypter rapidement et de manière fiable les enhanceurs des gènes liés à la perte auditive.
  2. Ingénierie d’enhancers efficaces : En optimisant les modules d’enhancers, les chercheurs ont développé avec succès l’enhancer b8, hautement efficace et spécifique, améliorant considérablement l’efficacité de l’expression génique.
  3. Potentiel thérapeutique : La thérapie génique médiée par l’enhancer b8 a restauré avec succès la fonction auditive des souris knock-out pour SLC26A5, démontrant son potentiel d’application dans le traitement de la surdité héréditaire.

Autres informations pertinentes

Cette étude a également évalué l’effet thérapeutique de l’enhancer b8 chez des souris adultes, montrant que b8 pouvait transduire spécifiquement les cellules ciliées externes (OHCs) sans provoquer de déficience auditive. Cette découverte soutient davantage l’application clinique de l’enhancer b8.

Grâce à cette recherche, nous avons non seulement approfondi notre compréhension des principes fondamentaux de l’expression génique médiée par les enhanceurs, mais nous avons également fourni de nouvelles stratégies et outils pour le traitement de la surdité héréditaire.