Vaccination par ADN et Thérapie génique. - FTP de P-ZiB

Vaccination par ADN et
Thérapie génique.
Module Terre-Biologie.
Licence Scientifique Générale.
Université Paris Sud XI.
Cornu Pauline
Druais Delphine
Dumont Stéphanie
Plan.
Comment le génie génétique permet-il d’envisager des solutions thérapeutiques dans
le traitements de différentes maladies?
Introduction.
I.De l’ADN aux protéines.
1.Passage de l’ADN aux protéines sans modifications.
2.Passage de l’ADN aux protéines avec mutations.
II.La vaccination préventive ou thérapeutique.
1.Rappel système immunitaire.
2.Vaccin préventif.
3.Vaccination thérapeutique à partir d’ADN.
III.Thérapie génique.
1.La thérapie génique.
2.Exemple concret de la thérapie génique au service des maladies cérébrales.
Conclusion.
1. Passage de l’ADN aux
protéines sans modification.
Ce passage se fait en deux grandes étapes:
¬ La transcription.
De l’ADN à un ARN messager.
¬ La traduction.
De l’ARN messager à une protéine.
Passage de l’ADN aux protéines
sans modifications.
ADN: acide désoxyribonucléique.
C’est une molécule en double
hélice complémentaire constituée
d’une succession de nucléotides
(T,A,C,G).C’est le support de
l'information génétique et ce
support est universel.
Passage de l’ADN aux protéines
sans modifications.
ARN messager :acide
ribonucléique messager.
C’est une molécule en simple brin
constituée d’une succession de
nucléotides. (U,A,C,G).
Comme l’ADN, l’ARN
est une succession de
nucléotides mais ils sont
légèrement différents.
La Transcription de l’ADN à
l’ARN messager.
• La première étape est de
reconnaître le début du gène à
copier .
• Dérouler la double hélice ainsi
que la fermer.
• On doit ensuite associer les
nucléotides précurseurs
complémentairement aux
nucléotides du brin transcrit.
• Puis faire migrer l’ARN
messager formé vers le
cytoplasme.
La transcription de l’ADN à
l’ARN messager.
La Transcription de l’ADN à
l’ARN messager.
C’est l’ARN polymérase
qui est une enzyme qui
va ouvrir l’ADN et
permettre la synthèse de
l’ARN messager en
associant de manière covalente une
à une les bases azotés du brin
transcrit avec l’ARN messager du
côté 3’ vers 5’
T=>A, A=>U, C=>G, G=>C.
La Transcription de l’ADN à
l’ARN messager.
La transcription a ainsi
permis la synthèse d’une
molécule simple brin
complémentaire du brin
transcrit de l’ADN.Cette
ARN porte l’information
génétique toujours sous la
forme d’une séquence
nucléotidique et migre vers le
cytoplasme.
La traduction de l’ARN m à la
protéine.
C’est le processus qui va
permettre de passer de l’ARN
messager à la
protéine. Cette étape a lieu
dans le cytoplasme et met en
jeu des acteurs telle que le
ribosome qui se
compose d’une petite sous
partie et d’une grande sous
partie.
La traduction de l’ARN m à la
protéine.
Le brin d'ARN messager est
AUAGCG
UUCAGAACUGAUACGUAA
Les différents codons sont donc AUA- GCG - UUC- AGA- ACU - GAU- ACG - UAA
Les ARN de transfert se fixent UAU CGC AAG UCU UGA CUA UGC AUU
par complémentarité et apportent | |
| | | | | |
les acides aminés appropriés
Île Ala Phe Arg Thr Asp Thr X
Le brin d’ARN m se fixe à un ribosome qui va assembler une séquence
d’acide aminé selon les codons du code génétique en commençant par le
codon initiateur et finissant par le codon stop.
Un codon est un groupe de 3 nucléotides et chacun correspond à
un acide aminé.
La traduction de l’ARN m à la
protéine.
Le ribosome va
parcourir le brin d'ARNm codon par
codon en commençant par le codon
initiateur et va par l'intermédiaire
d'un
ARN de transfert ajouter un acide
aminé à la protéine en cours de
fabrication selon le codon lu.
Une fois le codon-stop atteint, la
protéine est complète: le ribosome
se détache de la protéine et du brin
d'ARNm, et la protéine est libérée
dans l'organisme.
2. Passage de l’ADN aux
protéines avec mutations.
Mutation: une modification de
l’information génétique. C’est un
événement qui est considéré comme
rare, aléatoire et héréditaire et qui
ne conduit pas forcément à une
variation phénotypique.
Ils en existent de différentes formes et
qui entrainent des modifications
différentes.
λ
λ
ADN =>ARN messager =>
Protéine
ADN altéré => ARN messager le
plus souvent altéré => Protéine
modifiée
Due à:
•Les ondes électromagnétiques
•Des substances chimiques
interagissant avec l’ADN (ou
éventuellement avec l'ARN)
•Une modification du système de
réparation de l'ADN, qui cesse alors de
corriger les erreurs de réplications.
Transmission des mutations.
• Si sur les cellules germinales:
=>donner un avantange sélectif
=>transmise aux descendants de l'individu mutant et peut être létale.
=> selon le principe de l'Evolution.
• Les mutations accidentelles (provoquées par irradiation ou substances
chimiques), si elle n'affecte que des cellules somatiques affecte juste
le sujet atteint directement.
• Si les cellules se divisent activement, il y a possibilité de création d'une
tumeur pouvant évoluer vers un cancer. À l'opposé, s'il n'y a pas de
division l'effet est négligeable.
Conséquences des mutations.
• la plupart des mutations ont de plus ou moins importantes conséquences
phénotypiques : cancers ou maladies génétiques.
• les mutations neutres ne modifient pas le fonctionnement de la protéine
et n'ont pas de conséquence phénotypique macroscopique .
• les mutations silencieuses ou muettes n'entraînent aucun changement
dans la séquence d'acides aminés, ce qui est dû aux nombreuses
redondances dans le code génétique.
Vaccination préventive et vaccination
thérapeutique à partir d’ADN
1. Rappel : Système immunitaire
2. Vaccination préventive
3. Vaccination thérapeutique à partir
d’ADN
1. Rappel : Système immunitaire
Deux types de mécanisme de défense immunitaire:
1. Les mécanismes de défense non spécifiques : la peau, les
muqueuses
2. Les mécanismes de défense spécifiques : les lymphocytes,
les anticorps
Quelques définitions
Les lymphocytes sont des globules
blancs du sang et du tissu lymphoïde
responsable de l’immunité spécifique.
Les anticorps sont des protéines
sécrétées par les cellules du système
immunitaire et sont capables de se
fixer spécifiquement sur un
antigène.
Les antigènes sont des substances
chimiques qui, introduient dans
l’organisme sont susceptibles de
provoquer une réponse immunitaire.
Rappel : Système immunitaire
• Le système immunitaire doit être capable
d’identifier les différents agents pathogènes
afin de déclencher une réaction capable de les
éliminer.
• Notre système immunitaire garde une mémoire
de l’agent infectieux. (cellules mémoires :
lymphocytes T et lymphocytes B)
Le fonctionnement du système
immunitaire
Rappel : Système immunitaire
Le système immunitaire a donc 4 propriétés:
1. Reconnaître le soi du non soi
2. La spécificité : à un antigène
correspond un anticorps.
3. La capacité à répondre à des
pathogènes très divers.
4. La mémoire immunitaire.
2. Vaccination préventive
• Un vaccin c’est une préparation contenant un
agent pathogène rendu inoffensif et qui est
capable de déclencher une réaction
immunitaire.
• La vaccination préventive vise à stimuler les
défenses naturelles de façon à prévenir
l’apparition d’une maladie, elle permettra donc
de détruire rapidement l’agent infectieux.
Des outils pour la vaccination
préventive ou thérapeutique
• Les toxines inactivées:
Des chercheurs ont trouvés une protéine, une toxine qu’ils ont
modifié pour la rendre non toxique afin de fabriquer un vaccin.
• Une protéine couplée à un polysaccharide:
Une enveloppe de polysaccharides (sucres) entoure de
nombreuses bactéries infectieuses. La vaccination par des
polysaccharides purifiés ne déclenche qu’une immunité
partielle. Par conséquent, les chercheurs ont couplé un
polysaccharide à une protéine de l’agent infectieux afin de
fabriquer des vaccins.
Des outils pour la vaccination
préventive ou thérapeutique
• L’immunisation par
l’ADN:
L’ADN des plasmides
pénètre dans les cellules
des malades. Le gène
codant l’antigène est
transcrit en ARN messager
et ensuite traduit en
protéine ce qui active le
système immunitaire contre
l’antigène, et produit ainsi
une immunisation contre le
virus.
3. Vaccination thérapeutique
• Cette technique consiste à stimuler le
système immunitaire de l’organisme pour
favoriser la production d’anticorps.
• Il ne s’agit donc plus de prévenir l’apparition
d’une maladie mais d’aider l’organisme d’une
personne déjà infectée à lutter contre la maladie
en renforçant ses défenses immunitaires.
Vaccination thérapeutique
• Des vaccins thérapeutiques sont en cours de mise
au point afin de lutter contre diverses maladies
telles que : Hépatite C, papillomavirus …
Conclusion
La vaccination n’est plus seulement préventive
mais thérapeutique. Elle va chercher à prévenir une
infection ou à modifier une maladie déjà établie.
La vaccination permet de protéger l’organisme
contre des agents infectieux.
Le développement et la fabrication des vaccins
classiques et thérapeutiques bénéficient de la
thérapie génétique.
La thérapie génique
1. La thérapie génique
(définition/méthodes/vecteurs)
2. Exemple concret: la
thérapie génique au
service des maladies
cérébrales
(Principe/stratégie/exemples)
1. Définition de la thérapie
génique
Correction d’un défaut génétique par le
remplacement ou l’ajout de cellules
génétiquement corrigées, c’est-à-dire porteuse
d’un allèle fonctionnel.
Il existe deux thérapies géniques:
- germinale (dans les cellules-œufs) (non réalisée)
- somatique (dans les cellules somatiques)
Les méthodes
• Ajouter un gène dans une cellule ou une nouvelle propriété
• Empêcher la synthèse ou l’action de protéine nuisibles
produites par un gène défectueux :
•
1ère méthode ADN « antisens »:
- à l’aide de courtes séquences d’ADN
synthétique ou des ribozymes (ARN)
on empêche les segments d’ARN
messager de gènes mutants (ou non)
de synthétiser des protéines
•
2ème méthode:
- Insérer le gène d’une protéine
nommée anticorps intracellulaire
- bloque l’activité de la protéine
mutante
2 méthodes d’introduction de gènes
Les différents types de vecteurs pour
transporter et distribuer les gènes
• Les virus:
- les rétrovirus: insèrent une copie de leurs gènes dans les
chromosomes des cellules qu’ils envahissent
- les adénovirus humain: sont inoffensifs/n’entraînent que des
rhumes/n’insèrent pas leur gènes dans des chromosomes
- les virus associés aux adénovirus: sont inoffensifs et intègrent
leurs gènes dans des chromosomes
- les herpèsvirus: n’intègrent pas leurs gènes dans des
chromosomes/sont attirés par les neurones
• Les agents
synthétiques:
- combinaison d’ADN
et de molécules
- transport de l’ADN
dans les cellules
- protège des
dégradations
• Les peptides:
L’ADN est transporté
• Les liposomes:
- étudiés comme des
rétrovirus
- on sait y loger un
plasmide (ADN) dont
les gènes modifiés ont
un effet thérapeutique
• L’ADN nu:
Immunisation
contre les maladies
infectieuses, voire
certaines formes de
cancers
Les limites
•
•
La quantité de protéine nécessaire est difficile à réguler
On a pas encore de vecteurs capables de s’orienter eux-même vers les
cellules cibles
•
Les virus:
- Les rétrovirus: peu sélectifs/ne propagent leurs gènes que lors des
divisions cellulaires (pas neurones)/VIH utilisé comme rétrovirus mais
pas encore certain qu’il ne reviendra pas pathogène
- Les adénovirus: les gènes transporteur de l’ADN finissent par
disparaître: renouvellement mensuel ou annuel/peu sélectifs/provoque
une réaction immunitaire énergétique
- les virus associés aux adénovirus, les herpèsvirus, les alphavirus et
les proxivirus: aucun n’est idéal mais chacun à des applications
spécifiques
• Les agents synthétiques:
Les gènes s’intègrent bien dans les
chromosomes en laboratoire mais mal dans
l’organisme
• Les liposomes:
Moins efficace que les virus mais les essais
sont en cours
2. Exemple concret: la thérapie
génique au service des maladies
cérébrales
• Maladies neurologiques = évolutives
• Cellules touchées: cellules nerveuses ou les
neurones
- le problème: les neurones touchées sont
perdus, ne se divisent plus.
- Solution:
ralentir la dégénérescence cérébrale ou
compenser un déficit lié à la
neurodégénerescence.
La maladie de Parkinson
•
Le problème:
- dégénérescence progressive de
la substance noire (motricité,
tremblements…)
- mort des ces neurones: plus de
neuromédiateur : la dopamine
•
Tests sur des rats:
- utilisation de vecteurs génétiques: virus de •
l’herpès et des adénovirus
- transplantation de neurones
- mais s’autodétruisent
- il faut une survie des greffons à long terme
- Stratégie: bloquer le suicide cellulaire
•
Les solutions:
- Stimuler la production de la
dopamine en augmentant la
production d’une enzyme
- Greffer des cellules
génétiquement modifiées
Résultat:
L’état général des
rats est mieux
La crise d’épilepsie
•
•
Le problème:
Les cellules touchées sont les
neurones qui produisaient
comme neuromédiateur le
glutamate. Le calcium n’est
donc plus réabsorbé.
Tests sur des rats:
Utilisation d’un vecteur: le
virus de l’herpès modifié pour
évacuer le calcium en excès
•
Solution:
Essayer d’évacuer le calcium en
excès
•
Résultats:
- préservation du métabolisme
des neurones lors d’une crise
d’épilepsie
- réductions des lésions
Stratégie « anti-suicide »
• Désactivation des mécanismes d’apoptose
(suicide cellulaire)
• Gène inhibiteur de l’apoptose (bcl-2) dans
le virus de l’herpès
• Protège contre les dégâts d’une crise
neurologique
Conclusions
•
•
•
•
•
D’autres formes de vecteurs sont à l’étude comme des chromosomes
miniatures
Quand les vecteurs seront au point, ils seront utilisés pour des
traitements différents : pour une activité à court terme par exemple on
privilégiera soit un adénovirus, un liposome ou un ADN nu
Une fois au point, les biologistes devront éviter l’inactivation des
gènes étrangers et limiter les réactions immunitaires :
- utiliser des substances antirejet
- commencer très tôt la thérapie génique dans la vie du malade avant
que son système immunitaire ne soit devenu opérationnel
Difficulté du cerveau: il est enfermé dans une boîte crânienne: les
vecteurs viraux arriveront-ils à arriver jusqu’au cerveau? seront-ils
alors assez actifs? agiront-ils suffisamment longtemps?
Les progrès dans quelques années dans ce domaine neurologique
permettra d’aider et de soigner les maladies des personnes âgées
Bibliographie
• Dictionnaire des Sciences de la Vie et de la Vie et de la
Terre de Michel Breuil (Nathan)
• Livre de terminal S: Sciences de la Vie et de la Terre
(Hâtier)
• Biologie et physiologie humaine (Vuibert)
• Le monde du vivant (Flammarion)
• Encyclopédie Universalis
• Dictionnaire de biologie (De Boeck)
• Internet pour les images