Image abstraite d'ADN avec paire de bases en surbrillance

La science derrière le pipeline de l’hémophilie de Sanofi

Les chercheurs et bioingénieurs de Sanofi explorent différentes pistes pour aider les personnes atteintes d’hémophilie. A l’heure actuelle, ils étudient trois nouvelles approches expérimentales pour le traitement de l’hémophilie : facteurs de remplacement à demi-vie prolongée, un traitement de rééquilibrage par ARN interférent (ARNi) et une thérapie génique potentiellement curative. Examinons les avancées scientifiques derrière cette recherche.

L’hémophilie est une maladie génétique

L’hémophilie est une maladie génétique rare et les personnes qui en sont atteintes présentent des déficits de facteurs de coagulation. Les personnes dont le facteur VIII est manquant ou défectueux sont atteintes d'hémophilie A. Les personnes dont le facteur IX est manquant ou défectueux sont atteintes d'hémophilie B. Un défaut de facteurs de coagulation peut provoquer des hémorragies spontanées ou des saignements prolongés, souvent au niveau des articulations et des tissus mous.

De nombreuses personnes souffrant d’hémophilie sont traitées avec des facteurs de coagulation de remplacement, administrés par des perfusions intraveineuses. La fréquence des perfusions intraveineuses dépend du type d’hémophilie et de sa gravité, ainsi que du régime de traitement.

L’hémophilie résulte d’un déséquilibre des protéines de coagulation et d'anticoagulation

Afin de stopper le saignement d’un vaisseau sanguin lésé, le corps a recours à un équilibre entre des protéines de coagulation et d'anticoagulation qui régule le saignement.1,2 Il existe un déséquilibre chez les personnes atteintes d’hémophilie : un déficit de protéines de coagulation entraîne une production insuffisante de thrombine.3,4

  • La thrombine provoque la formation de caillots. Elle est à l’origine de nombreux évènements de coagulation, y compris la formation du réseau de fibrine qui forme le début d’un caillot.5
  • L’antithrombine limite la production de thrombine et coagulation, essentielle à la circulation du sang. 
Illustration du vaisseau sanguin blessé1
Illustration de la thrombine en circulation2
La thrombine active les plaquettes3

 

(1) En rouge: vaisseau sanguin et érythrocytes (globules rouges). (2 et 3)  En réponse à une blessure dans un vaisseau sanguin, les plaquettes (gris) sont activées par la thrombine (bleu) pour produire des facteurs de coagulation

1. Le fonctionnement du traitement par facteur de remplacement 

Les facteurs de coagulation sont éliminés du sang

Tous les facteurs de remplacement circulent dans le sang jusqu’au moment où :

  • ils sont activés pour arrêter un saignement, ou
  • ils sont éliminés naturellement par l’organisme. 

Cette élimination survient si rapidement chez certaines personnes atteintes d’hémophilie A que les facteurs de remplacement à demi-vie doivent être administrés de manière prophylactique tous les deux jours, et parfois encore plus souvent, afin d’éviter que les niveaux de facteurs de coagulation ne tombent trop bas.

Le traitement par facteur de remplacement à demi-vie prolongée permet aux facteurs de circuler plus longtemps

Les chercheurs en hémophilie ont trouvé un moyen pour que les facteurs de remplacement restent plus longtemps dans la circulation sanguine et participent à la coagulation.

L’idée d’un traitement par facteur de remplacement à demi-vie prolongée vise à aider les facteurs VIII ou IX à se fixer sur des protéines utilisant une durée de vie allongée. 

Le facteur VIII est accompagné d’un autre facteur, le facteur de von Willebrand

La durée pendant laquelle les facteurs de coagulation peuvent circuler dans le sang est limitée. Le facteur VIII est généralement accompagné d’un autre facteur, le facteur de von Willebrand (vWF), qui empêche son élimination.6,7

Toutes les 15-19 heures, la moitié du vWF est éliminé du sang, emportant avec lui le facteur VIII. C’est pour cette raison que la mise au point d’un traitement par facteur de remplacement VIII avec une efficacité supérieure à 19 heures représente un défi important pour les chercheurs.

Les scientifiques ont découvert une alternative potentielle au facteur de von Willebrand

Les scientifiques de Sanofi ont développé un facteur VII de remplacement qui bénéficie d’une protection similaire à celle de vWF, sans être éliminé avec le facteur vWF.8 Dans cette approche, le facteur VIII inactif est associé à : 

  • un domaine vWF, une petite partie de la protéine qui occupe l’ensemble de l’espace du facteur vWF sur le facteur VIII de remplacement. Cela agit comme un leurre afin que le corps du vWF ne lie pas le facteur. 
  • une XTEN, une molécule biogénétique qui repousse les protéines qui tentent d’éliminer le facteur VIII.
  • une molécule de liaison qui libère le leurre au moment où la thrombine active le facteur de remplacement pour la coagulation.
  • un domaine Fc, ou un fragment de protéine, qui permet de mettre le facteur dans le bon cycle d’élimination afin qu’il reste plus longtemps dans la circulation sanguine.

Illustration du facteur VIII protégé par le facteur de von Willebrand

Dans le plasma, le facteur VIII (jaune) circule sous forme de protéine inactive dans un complexe serré avec le vWF (bleu clair), ce qui le protège contre son élimination du sang et sa dégradation par d'autres protéines (vert et bleu marin)

Les scientifiques ont découvert une alternative au facteur de von Willebrand

Les scientifiques de Sanofi ont développé un facteur VII de remplacement qui bénéficie d’une protection similaire à celle de vWF, sans être éliminé avec le facteur vWF.9 Dans cette approche, le facteur VIII inactif est associé à : 

  • un domaine vWF, une petite partie de la protéine qui occupe l’ensemble de l’espace du facteur vWF sur le facteur VIII de remplacement. Cela agit comme un leurre afin que le corps du vWF ne lie pas le facteur. 
  • une XTEN, une molécule biogénétique qui repousse les protéines qui tentent d’éliminer le facteur VIII.
  • une molécule de liaison qui libère le leurre au moment où la thrombine active le facteur de remplacement pour la coagulation.
  • un domaine Fc, ou un fragment de protéine, qui permet de mettre le facteur dans le bon cycle d’élimination afin qu’il reste plus longtemps dans la circulation sanguine.
Illustration d'un VWF incapable de se lier au facteur VIII de remplacemen1

Lorsque le facteur VIII (jaune) de remplacement est lié à un domaine vWF (bleu clair), le vWF circulant dans le sang ne peut pas s'y lier

L’ambition de cette recherche expérimentale est de rendre possible la présence de niveaux élevés de facteurs VIII de remplacement dans le sang pendant plusieurs jours.

2. Comment les thérapies ARNi fonctionnent elles

Les scientifiques ont remarqué que les patients présentant un déficit en antithrombine dans leur sang produisaient plus de thrombine que les autres. Ils ont découvert qu’un déficit en antithrombine III pouvait stimuler la production de thrombine et améliorer la coagulation.10,11,12

Une nouvelle approche de la recherche en hémophilie tire profit d’un processus biologique naturel : l’ARN interférent, ou ARNi.13,14,15 Les scientifiques de Sanofi ont étudié des moyens pour utiliser ce processus afin de ralentir la fabrication des protéines antithrombine III.

  • Les séquences d’ADN (gênes) agissent comme un modèle pour la fabrication de l’antithrombine III.
  • Les instructions figurant dans ces gênes sont transformées en protéine par l’ARN. Cela se produit lorsque l’ADN est copié, produisant un modèle : une molécule d’ARN à un seul brin (mARN) utilisée comme messager.  
  • Le modèle de la mARN est utilisé par le corps pour réaliser la synthèse des protéines antithrombine III.
  • Sans modèle de mARN, les protéines ne peuvent pas être réalisées.

ADN à ARN à protéine

Dans le noyau (vert foncé), des séquences d'ADN (vert clair) servent de modèle. À partir de là, un modèle appelé ARN messager (ARNm, rose) est produit. Le modèle d'ARNm se rend dans une usine de protéines, où il est utilisé pour synthétiser une protéine (bleu clair)

En s’appuyant sur ces connaissances, les scientifiques ont créé une molécule qui intercepte les modèles de mARN d’antithrombine III et les détruit. Les molécules sont constituées d’un petit ARN interférent (ARNip), qui peut être associé à des enzymes éliminant les mARN à l’intérieur de la cellule.17,18

Petit ARN interférent (siRNA) dans un complexe protéique

Un seul brin de petit ARN interférent (ARNsi, vert) dans un complexe d'enzymes et d'autres protéines (bleu)

Voici la manière dont cette approche expérimentale fonctionne19,20 :

  • L’ARNip attire une molécule mARN alors qu’elle va produire des modèles d’antithrombine III à la fabrique de protéines.
  • La mARN se lie à l’ARNip.
  • Les enzymes détruisent la mARN et l’évacue, laissant libre le brin de l’ARNip pour accueillir une autre mARN.
  • Les modèles d’antithrombine III sont détruits avant qu’ils aient pu atteindre la fabrique de protéines, réduisant la production de protéines.
  • Les niveaux d’antithrombine III demeurent bas, il y a donc plus de thrombine disponible pour réaliser la coagulation.

En utilisant cette approche, les chercheurs de Sanofi ont mis au point et étudient un traitement pour des hémophilies A et B, avec ou sans inhibiteurs (anticorps qui s’attaquent au facteur de remplacement).21

 

(1) Le petit ARN interférent (siRNA, vert) attire une molécule d'ARNm (rose) sur le point de livrer des modèles d'antithrombine-3 à une usine de fabrication de protéines. (2) L'ARNm se lie à l'ARNsi (blanc), puis (3) les enzymes (bleu) décomposent l'ARNm et l'éliminent. (4) Le brin d'ARNsi est libre d'attirer un autre ARNm. Les matrices d'antithrombine-3 sont détruites avant d'arriver aux usines de protéines, ce qui ralentit la production de protéines

3. La thérapie génique pour guérir la maladie en une seule administration

Dans la recherche sur hémophilie, l’objectif de la thérapie génique est de guérir la maladie en corrigeant la mutation d’ADN unique qui empêche le patient de fabriquer assez de facteurs VIII ou IX. Cette recherche est en cours.22

La thérapie génique exploite la capacité des rétrovirus à insérer de l’ADN dans le génome de l’hôte. À la place de l’ADN pathologique, les scientifiques programment un rétrovirus qui délivre les gênes de remplacement, tel un patch sur le génome.23 Pour l’hémophilie, ces gênes seraient administrées dans le foie, où tous les facteurs de coagulation sont produits.24

La recherche en matière de thérapie génique pour l’hémophilie

Un type de rétrovirus appelé lentivirus est en cours d’étude en tant que conduit pour l’ADN. Les scientifiques de Sanofi recherchent les lentivirus comme véhicules pour les raisons suivantes25 :

  • ils sont grands et transportent un grand nombre d’informations. Ils sont assez grands pour contenir la séquence d’ADN corrigée du facteur VIII, les interrupteurs biochimiques d’activation et de désactivation, et les informations biologiques permettant d’empêcher les globules blancs d’attaquer le rétrovirus.
  • ils peuvent intégrer le génome dans les cellules du foie, afin que l’ADN soit reproduit de manière constante lors de la division cellulaire. 

Cela fait partie des nombreuses approches expérimentales en thérapie génique que nous étudions à Sanofi.

Références

  1. Siegemund T, Petros S, Siegemund A, Scholz U, Engelmann L. Thrombin generation in severe haemophilia A and B: the endogenous thrombin potential in platelet-rich plasma. Thromb Haemost. 2003;90(5):781-786. doi:10.1160/TH03-01-0027
  2. Brummel-Ziedins KE, Whelihan MF, Gissel M, Mann KG, Rivard GE. Thrombin generation and bleeding in haemophilia A. Haemophilia. 2009;15(5):1118-1125. doi:10.1111/j.1365-2516.2009.01994.
  3. Siegemund T, Petros S, Siegemund A, Scholz U, Engelmann L. Thrombin generation in severe haemophilia A and B: the endogenous thrombin potential in platelet-rich plasma. Thromb Haemost. 2003;90(5):781-786. doi:10.1160/TH03-01-0027
  4. Brummel-Ziedins KE, Whelihan MF, Gissel M, Mann KG, Rivard GE. Thrombin generation and bleeding in haemophilia A. Haemophilia. 2009;15(5):1118-1125. doi:10.1111/j.1365-2516.2009.01994.
  5. Kattula S, Byrnes JR, Wolberg AS (2017) Fibrinogen and Fibrin in Hemostasis and Thrombosis. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology 37:e13–e21; doi: 10.1161/ATVBAHA.117.308564
  6. Orlova NA, Kovnir SV, Vorobiev II, Gabibov AG, Vorobiev AI. Blood Clotting Factor VIII: From Evolution to Therapy. Acta Naturae. 2013;5(2):19-39.
  7. Springer TA. von Willebrand factor, Jedi knight of the bloodstream. Blood. 2014;124(9):1412-1425. doi:10.1182/blood-2014-05-378638
  8. Seth Chhabra E, et al. (2020) BIVV001, a new class of factor VIII replacement for hemophilia A that is independent of von Willebrand factor in primates and mice. Blood; 135(17):1484–1496
  9. Krishnaswamy S. The transition of prothrombin to thrombin. J Thromb Haemost. 2013;11 Suppl 1(0 1):265-276. doi:10.1111/jth.12217
  10. Negrier C, Shima M, Hoffman M. The central role of thrombin in bleeding disorders. Blood Rev. 2019;38:100582. doi:10.1016/j.blre.2019.05.006
  11. Asakura H, Jokaji H, Saito M, et al. Study of the balance between coagulation and fibrinolysis in disseminated intravascular coagulation using molecular markers. Blood Coagul Fibrinolysis. 1994;5(5):829-832. doi:10.1097/00001721-199410000-00022
  12. Bartz S, Jackson AL. How will RNAi facilitate drug development? Sci STKE. 2005;2005(295):pe39. Publié le 2 août 2005. doi:10.1126/stke.2952005pe39
  13. Elbashir SM, Harborth J, Lendeckel W, Yalcin A, Weber K, Tuschl T. Duplexes of 21-nucleotide RNAs mediate RNA interference in cultured mammalian cells. Nature. 2001;411(6836):494-498. doi:10.1038/35078107
  14. Fire A, Xu S, Montgomery MK, Kostas SA, Driver SE, Mello CC. Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature. 1998;391(6669):806-811. doi:10.1038/35888
  15. YourGenome: What is gene expression? (2016) Creative Commons 4.0 CC-BY license [online] Disponible sur : https://www.yourgenome.org/facts/what-is-gene-expression [Consulté le 23 juillet 2020].
  16. Machin N, Ragni MV. An investigational RNAi therapeutic targeting antithrombin for the treatment of hemophilia A and B. J Blood Med. 2018;9:135-140. Publié le 22 août 2018. doi:10.2147/JBM.S159297
  17. Wang, H., Noland, C., Siridechadilok, B. et al. Structural insights into RNA processing by the human RISC-loading complex. Nat Struct Mol Biol 16, 1148–1153 (2009). https://doi.org/10.1038/nsmb.1673
  18. Sehgal A, Barros S, Ivanciu L, et al. An RNAi therapeutic targeting antithrombin to rebalance the coagulation system and promote hemostasis in hemophilia. Nat Med. 2015;21(5):492-497. doi:10.1038/nm.3847
  19. Springer AD, Dowdy SF. GalNAc-siRNA Conjugates: Leading the Way for Delivery of RNAi Therapeutics. Nucleic Acid Ther. 2018;28(3):109-118. doi:10.1089/nat.2018.0736
  20. Machin N, Ragni MV. An investigational RNAi therapeutic targeting antithrombin for the treatment of hemophilia A and B. J Blood Med. 2018;9:135-140. Publié le 22 août 2018. doi:10.2147/JBM.S159297
  21. Perrin GQ, Herzog RW, Markusic DM. Update on clinical gene therapy for hemophilia. Blood. 2019;133(5):407-414. doi:10.1182/blood-2018-07-820720
  22. Coffin JM, Hughes SH, Varmus HE, editors. Retroviruses. Cold Spring Harbor (NY): Cold Spring Harbor Laboratory Press; 1997. The Place of Retroviruses in Biology. Disponible sur : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK19382/
  23. Heinz S, Braspenning J. Measurement of Blood Coagulation Factor Synthesis in Cultures of Human Hepatocytes. Methods Mol Biol. 2015;1250:309-316. doi:10.1007/978-1-4939-2074-7_23
  24. Milone MC, O'Doherty U. Clinical use of lentiviral vectors. Leukemia. 2018;32(7):1529-1541. doi:10.1038/s41375-018-0106-0

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Karin Knobe
Coup de projecteur sur la recherche de Sanofi dans l’hémophilie
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