Dystrophie héréditaires de la rétine
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Unité 1051 Equipe : « Génétique et thérapie des cécités rétiniennes et du nerf optique » Institut des Neurosciences de Montpellier Centre de Référence pour les maladies sensorielles génétiques Hereditary Retinal Dystrophies - first gene and cell therapy trials in humans Christian Hamel Montpellier, le 24 novembre 2015 L’œil, la rétine et le nerf optique Nerf optique Rétine Lumière Macula L’œil, la rétine et le nerf optique Nerf optique Rétine Lumière Macula Epithélium pigmentaire de la rétine Cellules ganglionnaires de la rétine Bâtonnet Cône Photorécepteurs Dysfonction et mort cellulaire dans les maladies génétiques de la rétine Nerf optique Dysfonction Dysfonction et mort cellulaire dans les maladies génétiques de la rétine Nerf optique Dysfonction Mort cellulaire Mélange Dysfonction prédominante Mort cellulaire prédominante (progression lente) (progression plus ou moins rapide) Dysfonction et mort cellulaire dans les maladies génétiques de la rétine Nerf optique Dysfonction Mort cellulaire Mélange Atrophie rétinienne Dysfonction prédominante Mort cellulaire prédominante (progression lente) (progression plus ou moins rapide) restaurer la fonction prévenir la mort cellulaire Thérapie génique Pharmacothérapie ciblée Perte totale des photorécepteurs contenir la mort cellulaire Inhibiteurs d’apoptose Facteurs trophiques restaurer la vision Prothèses rétiniennes Thérapie cellulaire Optogénétique L’amaurose congénitale de Leber est génétiquement hétérogène 17 genes Unknown prevalence RD3, KCNJ13 IMPDH1, NMNAT1 Unknown 20% LRAT 1% CRX 1% CEP290 27 % TULP1 2% CRB1 12 % LEBERCILIN 2% SPATA7 3% RDH12 3% IQCB1 4 % RPGRIP1 AIPL1 4% 4% Data from : Kaplan and coll (France) Den Hollander and coll (Netherlands) De Baere and coll (Belgium) Stone and coll (USA) RPE65 7% GUCY2D 10 % 49 % Thérapie génique : l’exemple de RPE65 13 ans A la naissance Nystagmus Peu ou pas de réaction à la lumière 1-12 ans Amélioration Besoin de lumière Acuité visuelle chiffrable de 1/20 à 2/10 Altérations modérées au fond d’œil Après 12 ans Aggravation Cécité légale à 20 ans Marlhens et al. RPE65 mutations cause LCA. Nature Genetics 1997, 17, 139-141 18 ans Thérapie génique : l’exemple de RPE65 Sujet normal Amaurose congénitale de Leber par mutations dans RPE65 Bâtonnet Rhodopsine Bâtonnet Rhodopsine activée Opsine libre O O Absence de rétinol Cycle visuel RPE65 Epithélium pigmentaire de la rétine Marlhens et al. RPE65 mutations cause LCA. Nature Genetics 1997, 17, 139-141 RPE65 Epithélium pigmentaire de la rétine Souris Rpe65 KO 15 semaines Rpe65+/- Rpe65-/- Souris Rpe65 KO Souris de 10 semaines adaptées à l ’obscurité Chiens Briards RPE65 KO Veske et al (1999). Retinal dystrophy of Briard dogs is due to a deletion in RPE65. Genomics 57, 57 Aguirre et al (1998). Dog CSNB: common mutation in RPE65 indicates founder effect. Mol Vis 4, 23 Chiens Briards RPE65 KO c.460delAAGA 23 kb 1 2 3 45 6 7 8 9 10 1,6 kb Perte des 71 % C-ter 2,8 kb 11 12 13 14 Thérapie génique : l’exemple de RPE65 Photorécepteurs dépourvus de pigment visuel Déficience de l’épithélium pigmentaire de la rétine en RPE65 Construction du vecteur Acland et al., 2001 AAV2 ITR2 CMV-chicken-B actin promoter Ribos entry dog RPE65 cDNA 1 kb AAV2 Acland et al (2001). Gene therapy restores vision in a canine model of childhood blindness. Nature Genet 28, 92 ITR2 Transduction dans l’EPR WT -/- WT Acland et al., 2001 AAV2/RPE65 -/- Résultats chez le chien Acland et al., 2001 Résultats chez le chien Electrorétinogramme (adaptation à l’obscurité stimulus bleu) Réponses des photorécepteurs Réponses des cônes Pupillométrie (stimulus vert) Acland et al., 2001 Résultats chez le chien Acland et al (2005). Long term restoration of vision in RPE65-/- dogs. Molec Ther 12, 1072. AAV2 chez le chien rAAV-2/4.CMV.gfp EPR/choroïde rAAV-2/5.CMV.gfp Rétine neuros EPR/choroïde GCL RPE Rétine neuros RPE INL GCL INL ONL ONL Weber et al, 2003. Recombinant adeno-associated virus serotype 4 mediates unique and exclusive long-term transduction of retinal pigmented epithelium in rat, dog, and nonhuman primate after subretinal delivery. Mol Ther 7, 774. Résultats chez le chien 3 mâles hétérozygotes 4 chiots de 8 mois 2 femelles -/1 mâle -/1 mâle +/- Thérapie génique : l’exemple de RPE65 Photorécepteurs dépourvus de pigment visuel Déficience de l’épithélium pigmentaire de la rétine en RPE65 En 2007, restauration visuelle chez le chien Briard, un modèle d’amaurose congénitale de Leber Le Meur et al., Mol Ther 2007;14:292 Vecteurs Acland et al., 2001 AAV2 ITR2 CMV-chicken-B actin promoter Ribos entry dog RPE65 cDNA ITR2 1 kb AAV2 Le Meur et al., 2007 AAV2 ITR2 human RPE65 promoter human RPE65 cDNA SV40 poly A ITR2 AAV4 Le Meur et al (2007). Restoration of vision in RPE65-deficient Briard dogs using an AAV serotype 4 vector that specifically targets the RPE. Gene Ther 14, 292. Résultats chez le chien Animal rAAV Vector titer Injected Age at serotype (vg/ml) volume (µl) injection ERG max (µV) ERG age Vision Treated Untreated (months post injections) A1 AAV4 10.11 220 8 12 123 6 Yes A2 AAV4 10.11 150 8 12 86 7 Yes A3 AAV4 10.11 280 10 9 104 9 Yes A4 AAV4 10.11 300 10 9 131 10 Yes A5 AAV4 10.11 400 10 9 124 8 Yes A6 AAV4 10.11 300 30 5 4 1 No A7 AAV2 10.11 330 11 9 75 5 Yes A8 AAV2 10.11 500 11 9 102 8 Yes A9 Vehicle NA 300 11 9 6 5 No Normal Vehicle NA 400 12 NA NA 144, 155 Yes mpi : months post injection; vg : viral genome Lemeur et al (2007) Résultats chez le chien Chien normal à 6 mois Chien A1 (AAV2/4) Chien A5 (AAV2/2) Lemeur et al (2007) Résultats chez le chien Lemeur et al (2007) Résultats chez l’homme Résultats chez l’homme Patient # 1 2 3 Age Mutation 24 E417Q/E417Q 23 R91W/R44Q 21 Y368H/Y368H Ext-DA : 3 à 8 h d’adaptation à l’obscurité Std-DA : 1 à 2 h d’adaptation à l’obscurité Cideciyan et al., PNAS 2008;105:15112 Résultats chez l’homme Avant chirurgie Pendant chirurgie Patient 1 Patient 2 Patient 3 Bainbridge et al., N Engl J Med 2008;358:2231 1 jour après 4 mois après Résultats chez l’homme Traité Avant chirurgie Patient # Sex/age 1 M/23 2 F/17 3 M/18 Mutation VA (Log MAR) Y368H/Y368H 1.16 11+5G>A/G40S 1.52 E6X/Asp167Y 0.76 2 mois 4 mois 6 mois Bainbridge et al., N Engl J Med 2008;358:2231 Non traité Résultats chez l’homme USA Cideciyan et al., PNAS 2008;105:15112 British Bainbridge et al., N Engl J Med 2008;358:2231 150 µl / 1,5 X 1010 26 years 26 years 19 years USA Maguire et al., Lancet 2009;374:1597 Résultats chez l’homme 150 µl / 5 X 1010 17 years 20 years 9 years 8 years 10 years 24 years USA Maguire et al., Lancet 2009;374:1597 Résultats chez l’homme 300 µl / 1,5 X 1011 44 years 35 years 11 years USA Maguire et al., Lancet 2009;374:1597 Réduction du nystagmus Child hosp Phi US study traité non traité traité non traité avant injection Video après injection Analyse du regard avant injection après injection Certains ont une amélioration de l’acuité visuelle Amélioration de la réponse pupillaire Pas d’amélioration de l’ERG Simonelli et al., Mol Ther 2009; December 1 online traité non traité Le cortex visuel répond à la thérapie génique Child hosp Phi US study Stimulation de l’œil gauche (œil traité) Goldman visual field Functional MRI Ashtari et al., J Clin Invest 2011; 121 Stimulation de l’œil droit (œil non traité) Thérapie génique : l’exemple de RPE65 Etude américaine U Penn 15 patients, âgés de 11 à 30 ans 13 : pas d’effets secondaires notables (dont 4 avec une hypotension oculaire passagère), pas de réponse immune significative contre l’AAV2 1 : décollement rétinien transitoire 1 : effusion choroïdienne Tous les patients ont eu une amélioration de la sensibilité à la lumière Amélioration du champ visuel modérée Amélioration de l’acuité visuelle < 3 lignes aussi dans l’œil non traité (apprentissage, cortex visuel) Certains ont eu un amincissement fovéal Dans 1 cas peut être en rapport avec la bulle rétrofovéale Jacobson et al., Arch Ophthalmol 2011; September 12 Essais de thérapie génique RPE65 à Nantes Résultats Certains patients ont une amélioration du champ visuel L’acuité visuelle reste peu modifiée Amélioration du nystagmus constante Moins de gène dans le quotidien Amélioration transitoire chez l’homme 17 ans Fonction résiduelle 0,87 % Dose totale : 1012 vg 10 ans Fonction résiduelle 0 % Taille de la région améliorée Bainbridge et al (2015) Nombre de mois Nombre de mois Log10 variation sensibilité rétinienne Jacobson et al (2015) Epaisseur de la CNE avant injection Nombre d’années Epaisseur de la CNE à 5,7 ans après injection Dégénérescence rétinienne et choroïdienne progressive Choroïdérémie Choroïdérémie : fond d’oeil Adulte normal Patient de 15 ans Patient de 40 ans Fluorescein angiography Retinal scan OCT Choroïdérémie : champ visuel 32 patients de Montpellier évalués au champ visuel de Goldman (V4e) Number of patients Mean value Range Mean age 17 79° 60 – 90° 31 years 7 – 54 years Tubular visual field 7 10° 5 – 15° 50 years 36 – 64 years No detectable visual field in one (n=3) or both (n=5) eyes 8 -- -- 55 years 41 – 69 years Temporal visual field Range Choroïdérémie : modifications après injection 6 patients subretinal injection at the macular level mean dose : 5.3 X 109 vg of AAV2/2.CBA.CHM vector mean surface : 4.02 mm2 Observations à 6 mois après injection Visual acuity change (letters ETDRS) Light sensitivity (dB) MacLaren et al., The Lancet 2014; January online Eye Treated Untreated Treated Untreated Mean (SE) + 3.8 (+ 4.1) + 1.5 (+ 2.1) + 1.7 (+ 1.0) - 1.6 (+ 0.9) Choroïdérémie : amélioration en fonction de la dose MacLaren et al., The Lancet 2014; January online Essais de thérapie génique en cours chez l’homme Gene RPE65 RPE65 RPE65 RPE65 RPE65 RPE65 RPE65 RPE65 Phase I/II I I/II III I I/II I I/II Sponsor U College, London Children hosp, Philadelphia Children hosp, Philadelphia Children hosp, Philadelphia U Pennsylvania Applied Genetic Technologies Hadassah-Hebrew U, Jerusalem University hospital, Nantes Vector rAAV 2/2.hRPE65p.hRPE65 rAAV2-hRPE65v2 rAAV2-hRPE65v2 rAAV2-hRPE65v2 rAAV2/2-CBSB-hRPE65 rAAV2-CB-hRPE65 rAAV2-CB-hRPE65 rAAV2/4.hRPE65p.hRPE66 Age 5 y - 30 y 8 y - older 8 y - older 3 y - older 8 y - older 6 y - older 8 y - older 6 y - older # 12 12 12 24 15 12 10 9 Start - end 01/2007 to 01/2013 09/2007 to 06/2009 11/2010 to … both eyes, 09/2011 to 09/2017 07/2007 to … 12/2008 to 12/2013 2010 to 2017 10/2011 to 10/2013 Essais de thérapie génique en cours chez l’homme Pathology Gene Choroideremia CHM Vector rAAV2.REP1 Retinitis pigmentosa NOHL NOHL Phase Sponsor I/II University of Oxford, UK MERTK I Fowzan Alkuraya, Saudi Arabia ND4 I/II GenSight ND4 I/II University of Miami Dose 14 y-70 y Stargardt ABCA4 I/II Oxford Biomedica rAAV2.VMD2.h not given MERTK AAV2-ND4 not given AAV2-ND4 Up to 1011 vg eqLV-hABCA4 not given Usher 1 MYO7A I/II Oxford Biomedica eqLV-hMYO7A 18 y - older 18 01/2012 to 01/2017 Up to 1011 vg not given Age # Start - end 18 y - older 12 10/2011 to 12/2014 6 08/2011 to 08/2014 18 y - older 18 02/2014 to 12/2015 18 y - 60 y 27 06/2014 to 03/2019 18 y - older 28 06/2011 to 10/2015 Essais de thérapie génique à venir chez l’homme Pathology Gene Choroideremia CHM Retinitis pigmentosa Retinitis pigmentosa Retinitis punctata albescens Congenital achromatopsia PDE6A Phase Sponsor I/II Horama (F), Philadelphia (USA), U of Alberta (CAN) I/II U of Tübingen (D) Vector AAV2 or AAV5hCHM AAV8-hPDE6A PDE6B I/II Horama (F) AAV5-hPDE6B RLBP1 I/II Horama (F), Novartis AAV5 or AAV8(USA and Europe) hRLBP1 CNGA3 I/II U of Tübingen (D), USA, UK AAV8-hCNGB3 Le futur Thérapie génique RPE65 en phase III avec injection des deux yeux Amélioration des techniques Vecteurs modifiés pour des injections intravitréennes Evite le décollement maculaire Vecteurs injectés par voie générale Amélioration de l’efficacité de transduction siRNAs pour inactiver les ARNm mutés Oligonucleotides pour le saut d’exon Systèmes de correction génique Suivi des patients est important Durabilité de l’amélioration fonctionnelle ? Stabilité anatomique ? Thérapie cellulaire chez la souris • Donneur : ~ 200 000 cellules rétiniennes précurseurs de bâtonnets (Nrl-GFP) à PND 4–8 • Receveur : Souris Gnat1-/- • Administration : voie sous rétinienne en rétine supérieure et inférieure • Résultats : implantation moyenne de 18.000 cellules par rétine Intégration de bâtonnets dans la rétine hôte Seuils d’acuité visuelle en conditions scotopiques Pearson et al., Nature 2012 Reconstitution de l’œil in vitro Corps embryoïdes Vésicules optiques Cellules souches embryonnaires de souris Eiraku…Sasai, Nature 2011 Suspension Cellules souches embryonnaires humaines Nakano… Sasai Cell Stem Cell 2012 Matrigel Cupule optiques Rétine et cristallin Reconstruction de l’oeil Eiraku et al., Nature, 2011, 472, 51 Espoirs à long terme : transplantation de photorécepteurs • Donneur : ~ 200 000 cellules rétiniennes précurseurs de bâtonnets (Rho-GFP) dérivées de cellules souches embryonnaires • Receveur : Souris Gnat1-/- • Administration : voie sous rétinienne en rétine supérieure et inférieure • Résultats : implantation moyenne de 0.3 % des cellules par rétine (500 à 1000) Gonzales Cordera, Nat Biotechnol 2013 Espoirs à long terme : transplantation d’épithélium pigmentaire • Donneur : ~ 50 000 cellules de l’EPR dérivées de cellules souches embryonnaires humaines • Receveur : 2 patients (DMLA, Stargardt) • Administration : après vitrectomie, injection sous maculaire de 150 µl • Résultats : modification du fond d’œil dans le cas Stargardt Patient Stargardt Avant transplantation 3 mois après transplantation Schwarz et al., The Lancet 2012, 6736, 60028 Espoirs à long terme : transplantation d’épithélium pigmentaire Schwarz et al., The Lancet 2012, 6736, 60028 Espoirs à long terme : transplantation d’épithélium pigmentaire • Donneur : ~ 50 000 à 150 000 cellules de • Administration : après vitrectomie, injection l’EPR dérivées de cellules souches sous rétinienne à la frontière de l’atrophie embryonnaires humaines géographique • Receveur : 18 patients (9 DMLA, 9 Stargardt) • Suivi : 1 à 3 ans Œil traité DMLA Différence entre les 2 Œil non traité Nombre de lettres EDTRS Stargardt Nombre de lettres EDTRS Schwarz et al., 2015 Nombre de jours après injection Essais de thérapie cellulaire en cours Cellules de l’épithélium pigmentaire dérivées de cellules souches embryonnaires Maladie de Stargardt (USA) DMLA atrophique (USA) DMLA atrophique (Israël) Cellules souches neurales DMLA atrophique (USA) Cellules souches hématopoïétiques Neuromyélite optique (Canada) Cellules souches mésenchymateuses (moëlle osseuse) Glaucome (Brésil) Rétinite pigmentaire (Brésil) Maladie de Behçet (Iran) Dans le futur : l’optogénétique Cellules ganglionnaires Cellules bipolaires Cônes dormants Temps de séjour dans le compartiment lumineux Halorhodopsine dans les cônes dormants Rhodopsine bactérienne Souris témoins Busskamp…Roska, Science 2010 Souris traitées Optogénétique eNpHR : halorhodopsine (pompe à chlore activable par la lumière, hyperpolarise à la lumière) Promoteur rhodopsine humaine Promoteur opsine rouge humaine sRD Promoteur arrestine de souris sRD, fRD sRD=Rho-/- ;Cnga3-/- fRD=Pde6b-/Busskamp et al., Science, 24 June 2010 Optogénétique Busskamp et al., Science, 24 June 2010 Optogénétique Busskamp et al., Science, 24 June 2010 Dans le futur Reprogrammation des bâtonnets en cônes Montana…Corbo, PNAS 2013
