E. Boffi El Amari
introduction
En 1996, les HIVologues étaient au comble de l’excitation : enfin un traitement efficace était à disposition. L’arrivée de la trithé
rapie changeait radicalement la prise en charge de l’infection VIH, qui passait du statut de maladie inéluctablement mortelle à celle d’une infection chronique, que certains cliniciens n’ont pas hésité à compa
rer au diabète. Finies les maladies opportunistes, bonjour à une espérance de vie tendant vers la normalité. Cependant, ceci a un prix : une prise quotidienne, à vie, de médicaments ; la mise en évidence d’un syndrome métabolique, associé à la prise de ceuxci. De plus, on note que l’incidence de certains cancers reste élevée, par rapport à la population VIH négative et que le risque cardiovasculaire est éga
lement plus élevé.1 Parallèlement à l’élargissement du choix des trithérapies, beau
coup d’efforts ont été investis dans le développement d’un vaccin, qu’il soit pré
ventif ou thérapeutique. Mais, jusqu’ici, les résultats sont décevants. Enfin, le coût de l’emploi d’une trithérapie, à vie, s’est révélé non négligeable et pèse lourd dans les dépenses de santé de certains pays. Le Graal n’est donc pas encore atteint !
C’est alors, qu’en 2008, l’histoire d’un patient a relancé une grande vague d’ex
citation dans le monde du VIH et fait fleurir sur les lèvres des cliniciens, en 2011, un mot que peu osaient prononcer : guérison !
rappel dephysiopathologie(figure 1)
Le virus VIH est un rétrovirus ARN, qui se réplique dans certaines cellules spé
cifiques. Pour se faire, plusieurs étapes sont nécessaires, dont la première est l’entrée dans la cellule hôte. Cette étape cruciale résulte d’une interaction spéci
fique entre une protéine virale transmembranaire gp120 et le récepteur CD4 à la surface membranaire du lymphocyte T homonyme. Cette première phase est complétée par une autre interaction spécifique avec un corécepteur, (récepteur à chémokine), également à la surface du CD4, qui se dénomme CCR5.2 Cette inter
action a fait l’objet du développement d’une nouvelle classe thérapeutique : les inhibiteurs du CCR5, représentés par le Maraviroc.3
HIV : vision of a cure
In 2008, Mr Brown, an HIV positive patient was healed of acute myeloid leukemia, after recei
ving an hematopoietic stem cell transplanta
tion from a donor homozygous for the CCR5 gene variant delta32. He was able to recover a normal CD4 T cell count and his HIV viral load has remained undetectable, despite discon
tinuing antiviral therapy. This extraordinary case is a proof of concept that HIV can be cu
red and has boosted the research, especially in the field of gene therapy. Several groups are working on blocking the expression of the CCR5 and CXCR4 coreceptors, by using either RNA interference or zincfinger nuclease tools.
The aim of this article is to describe their actual stage of development.
Rev Med Suisse 2011 ; 7 : 1968-73
En 2008, M. Brown, patient VIH positif, a guéri d’une leucémie myéloïde aiguë par transplantation de cellules souches héma
topoïétiques provenant d’un donneur homozygote pour la muta
tion delta32 du corécepteur CCR5. Grâce à cela, il a reconsti
tué, depuis, un taux normal de lymphocytes TCD4 et présente une charge virale indétectable, sans trithérapie. Ce cas extra
ordinaire a fait la preuve du concept que la guérison du VIH est possible et a relancé la course à la recherche d’un traite
ment curatif, en particulier dans la direction de la thérapie gé nique. Plusieurs équipes travaillent à éliminer l’expression des corécepteurs CCR5 et CXCR4, à la surface des cellules cibles du VIH, par des méthodes de nucléase zinc-finger ou d’interférence RNA, appliquées aux cellules CD4 ou souches hématopoïétiques des patients. Cet article décrit l’état actuel de cette avancée thérapeutique.
VIH : vers la guérison ?
nouveau concept
Dr Emmanuelle Boffi El Amari Rue de la Servette 55 1202 Genève et
Unité VIH
Service des maladies infectieuses Département de médecine interne HUG, 1211 Genève 14
emmanuelle.boffi@hcuge.ch
Une mutation notée delta32, au niveau du gène codant pour le CCR5, induit un corécepteur inactif, ce qui confère une résistance à l’infection par le virus chez les personnes homozygotes et une évolution plus favorable, chez les hé
térozygotes.4,5
Il faut souligner que certains virus n’empruntent pas la voie d’entrée CCR5, mais utilisent un deuxième corécepteur CXCR4. Ces virus semblent apparaître en cours d’évolu
tion de l’infection. Cette aptitude virale à utiliser soit l’un, soit l’autre, voire même les deux corécepteurs est nommée tropisme et peut se tester en laboratoire.6
histoire dem
.
brownM. Brown est un patient américain, qui vivait à Berlin.7 En 1995, il se découvre VIH positif et débute une monothé
rapie d’AZT, seul traitement disponible alors, suivi par une série de trithérapies.8 La virémie (charge virale sanguine) du VIH devient indétectable et le taux plasmatique de ses lymphocytes CD4 arrête de baisser, classant le patient en porteur d’infection chronique contrôlée, au prix d’une prise quo
tidienne de plusieurs comprimés et de passablement d’ef
fets secondaires. Non malade, il n’est cependant pas guéri, puisqu’à l’arrêt de son traitement, la réplication virale repren
drait, ainsi que l’évolution vers le stade de maladie sida.
En 2006, il apprend qu’il est également atteint d’une leucémie myéloïde aiguë, sans rapport avec son infection VIH. Il subit deux cures de chimiothérapie d’induction, suivies d’une cure de consolidation, qui se soldent par une rémis
sion transitoire. Sept mois plus tard, son médecin lui annon
ce que seule une transplantation médullaire pourrait le sauver. Le Dr Hütter a entendu parler de certaines person
nes, qui, exposées au virus VIH, ne sont pas infectées. Ces personnes sont porteuses d’une mutation delta32 sur les deux allèles du gène codant pour le corécepteur CCR5. Fort de cette information, il décide de trouver un donneur HLA
compatible, homozygote pour cette mutation.
Alors que le patient est indétectable, sous trithérapie, il bénéficie d’une première transplantation, en février 2007,
suivie,une année plus tard, à l’occasion d’une deuxième récidive, d’une seconde transplantation, avec le même don
neur. La trithérapie de M. Brown est stoppée le jour de la première transplantation et, depuis, sa virémie reste indé
tectable.
A plus de 3,5 ans de la transplantation, les éléments sui
vants ont été rapportés par publication :9,10
• Le taux de CD4 circulant a progressivement augmenté et a atteint une valeur considérée dans la norme pour une personne de son âge, non infectée (6001900/mm3).
• Les cellules CD4 du donneur sont non seulement en cir
culation sanguine, mais ont également recolonisé la mu
queuse intestinale, siège de la majorité des CD4, en temps normal.
• Ces cellules sont effectivement CCR5 négatives, mais con
servent l’expression du CXCR4. Ceci permet de conclure que, bien que résistantes à une infection par un virus R5, elles restent permissives à une infection par un virus X4.
Ceci a été confirmé par des tests in vitro.
• La recherche de CD4 et macrophages tissulaires de l’hôte (ces dernières étant notoirement résistantes à la chimio
radiothérapie), qui représentent de potentiels réservoirs viraux, s’est révélée négative, au niveau du foie, du côlon et du cerveau.
• La recherche d’ARN ou d’ADN viral, dans ces mêmes tissus, s’est également révélée négative.
Ces éléments permettent de conclure à une bonne re
constitution immune après transplantation, une absence de rebond viral provenant soit d’un réservoir non éradiqué, soit de l’émergence de virus X4. M. Brown se porte bien et la communauté scientifique le considère comme le premier patient ayant guéri de l’infection VIH.
recherchefondamentaleetétudes cliniques
Fort de l’expérience du patient Brown et devant la morbi
dité et la mortalité associées à une transplantation de cel
lules souches hématopoïétiques, sans mentionner la diffi
culté de trouver des donneurs CCR5 delta32, des straté
gies de thérapie génique, visant à éliminer l’expression du CCR5, sont en développement. Le but de ces techniques est d’obtenir des cellules autologues, propres au patient infecté, n’exprimant plus le corécepteur CCR5 et, de ce fait, résistant au virus à tropisme R5.
La boîte à outils génique contient plusieurs techniques qui sont susceptibles d’être employées pour obtenir ce ré
sultat, par exemple :11
• au niveau de l’ARN : l’interférence ARN ;
• au niveau de l’ADN : la nucléase zinc finger.
Dans le premier cas, il s’agit d’utiliser un mécanisme in
tracellulaire hautement conservé de siRNA (small interfering RNA), qui reconnaissent de manière spécifique des mRNA (dans ce cas, codant pour CCR5), induisent leur dégrada
tion et ainsi bloquent l’expression du CCR5 (figure 2).
Dans le deuxième cas, il s’agit de couper le double brin d’ADN et de produire un arrêt de la transcription du gène, grâce à l’utilisation d’une protéine ayant la capacité de re
connaître une séquence d’ADN spécifique, de s’y fixer et de la cliver (figure 3).
Figure 1. Interaction entre les glypoprotéines trans- membranaires de surface du VIH (gp 120 ; gp41), le récepteur CD4 et le corécepteur CCR5 des lymphocytes TCD4
Pris sur site : www.HIVandhepatitis.com (coverage of the CROI 2010).
HIV
CD4
CCR5
gp41 gp120
Ces techniques peuvent être utilisées sur des lympho
cytes CD4. Ceci a été fait par Perez et coll.12 Dans leur ex
périence, in vitro, le zinc finger a été transfecté aux cellules CD4, en cultures, via un vecteur viral (adénovirus). Ceci a bloqué la transcription du CCR5 dans 50% des CD4. Placées en cultures, en présence de virus VIH, ces cellules ont pro
liféré, sans s’infecter. Le taux de CD4 a donc augmenté et la charge virale progressivement diminué. Kumar et coll.13 ont utilisé une technique de siRNA pour développer des lymphocytes CD4 CCR5 négatifs. Ils ont injecté, à des souris humanisées,(c’estàdire sévèrement immunosupprimées et transplantées avec des tissus humains), des perfusions de CCR5 siRNA conjugués à un anticorps antiCD7 (antigène présent à la surface de la majorité des cellules T). L’interac
tion spécifique entre anticorps et antigène induit l’interna
lisation du complexe dans la cellule T et donc l’entrée des siRNA. Ils ont démontré que l’infection VIH pouvait être contrôlée de manière prophylactique : les souris exposées au VIH, après les perfusions, maintenaient un taux de CD4 normal et la virémie demeurait indétectable. Ils ont égale
ment démontré que cette technique pouvait être thérapeu
tique : des souris déjà infectées ne voyaient pas leur taux de CD4 décliner, par rapport à des souris témoins et leur virémie devenait indétectable. Kim et coll.14 ont utilisé une autre méthode de transfection des siRNA, en choisissant d’intégrer ceuxci dans des nanoparticules liposomales por
tant à leur surface des anticorps dirigés contre la molécule LFA-1 integrin présente sur tous les leucocytes. Ceci, contrai
rement à la technique de Kumar, a permis de cibler toutes les cellules immunitaires jouant un rôle dans l’infection VIH : lymphocytes CD4, macrophages et cellules dendritiques.
Ils ont ainsi prouvé qu’après perfusion des nanoparticules, à des souris humanisées, l’infection par le VIH était évitée et le taux des CD4 restait dans la norme. Comme Kumar, ils ne notent pas d’effet cytotoxique de leur méthode, qui né
cessite, dans les deux cas, des injections sériées.
De manière plus intéressante, ces techniques ont été mises en œuvre sur des cellules souches hématopoïéti ques.
Ceci a l’avantage d’engendrer des cellules résistant non seulement dans la lignée lymphoïde (par exemple : CD4), mais également dans la lignée myéloïde (par exemple : macrophages), sans compter les cellules CD34 ellesmêmes, dont on vient de découvrir qu’elles peuvent être infectées également et représentent de potentiels réservoirs viraux.15 Ceci a été expérimenté par Holt et coll.16 qui, en utilisant la méthode des nucléases zinc finger ont réussi à obtenir des cellules souches hématopoïétiques CD34 CCR5 négatives (57% des cellules CD34 infectées par des plasmides conte
nant la nucléase sont devenues CCR5 négatives). Ces cel
lules ont ensuite été transplantées dans des souris huma
nisées. Huit à douze semaines après, des cellules humaines des différentes lignées hématopoïétiques ont pu être mises en évidence en circulation et dans différents tissus murins.
L’analyse de ces cellules a démontré que 11% étaient CCR5 négatives. Après infection des souris par du virus VIH1, le taux des cellules CD4 est resté stable et l’analyse de celles
ci a mis en évidence qu’elles étaient toutes CCR5 négatives.
Ceci permet de conclure que la protection des CD4, dans ces souris transplantées par des cellules CD34, traitées par Figure 2. Mécanismes d’action de l’interférence RNA
Wikipedia/Dan Coyocari, Department of Medical Biophysica, University of Toronto 2010.
Lentiviral delivery of shRNAs and the mechanism of RNAI interference in mammalian cells.
Protein coat : GAG
VSVg
5’
ADP 5’
ATP
AAAA AAAA
AAAA CDS
3’UTR mRNA
mRNA
Bypass mechanism Cleavage mechanism m7G
m7G m7G
2ADP 2ATP Lentivirus
(shRNA)
Reverse transcription complex
Pre-integration complex
Antisense (blue)
Integration
m7G TTTT
Pre-shRNA
Ran-GTP dependent export
RISC-complex turnover shRNA sIRNA
Viral integrated shDNA insert Pol IIII
Exportin 5
Dicer
RISC
RISC
RISC AGO2
AGO2 AGO2
????????
Nuc leus Cyto
plasm
Figure 3. Mécanisme d’action des nucléases zinc finger
(Adaptée de réf.11).
Interaction spécifique entre la nucléase zinc finger et le gène codant pour le corécepteur CCR5, résultant dans le clivage du brin d’ADN. Répara- tion par insertion d’un codon stop entraînant l’arrêt de la transcription.
Insertions/deletions disrupt the ORF – a common 5bp duplication (boxed) introduces premature stop codons ZFNs bind CCR5 (underlined),
create 5bp staggered cut
AACATGCTGGTCATCCTCATCCTGATAAACTGCAAAAGGCTGAAGAGCATGACTGAC TTGTACGACCAGTAGGAGTAGGACTATTTGACGTTTTCCGACTTCCTCGTACTGACTG
AACATGCTGGTCATCCTCATCCTGATCTGATAAACTGCAAAAGGCTGAAGAGCATGACTGAC TTGTACGACCAGTAGGAGTAGGACTAGACTATTTGACGTTTTCCGACTTCTCGTACTGACTG
Error-prone NHEJ repair
✂ ✂
AAACTGCAAAAGGCTGAAGAGCATGACTGAC GACTATTTGACGTTTTCCGACTTCCTCGTACTGACTG AACATGCTGGTCATCCTCATCCTGAT
TTGTACGACCAGTAGGAGTAG
Asn Met Leu Val Ile Leu IIe Leu Ile * *
nucléase zinc finger, est le fait d’une sélection des cellules CCR5 négatives et, de ce fait, résistant à l’infection VIH R5.
De plus, le niveau de virémie est resté significativement plus bas que dans des souris témoins. Il faut cependant ajouter que ces mêmes souris, infectées par des virus X4, ne con
trôlaient pas la virémie et leur taux de CD4 baissait.
En parallèle, des méthodes de siRNA ont également été testées sur des cellules souches hématopoïétiques. Shimizu et coll.,17 en utilisant un modèle de souris humanisé, ont démontré que la transplantation de cellules souches CD34 transduites par des vecteurs lentiviraux, porteur de shRNA (short hairpin RNA) contre le CCR5, permettait de diminuer significativement l’expression de CCR5 dans les cellules filles, tels les CD4 et les macrophages, analysée dans diffé
rents tissus lymphoïdes, incluant la muqueuse intestinale.
Ces cellules CCR5 négatives, prises au niveau spléni que, ne s’infectaient pas avec VIH1 R5, ex vivo, par rapport à des cellules non transduites. Par contre, elles restaient per
missives à une infection par les virus X4. Ces résultats sont confirmés par Liang et coll.,18 dans une expérience sem
blable, qui soulignent l’absence de cytotoxicité de la mé
thode et l’intérêt d’une transduction cellulaire unique de shRNA, à la place de perfusions sériées de siRNA.
Au Centre médical universitaire de Genève, R. Myburgh, doctorant dans l’équipe du Pr K.H. Krause, développe une technique d’interférence RNA, primary miRNA, différente de celles décrites cidessus (siRNA, shRNA). Cette méthode, plus proche de l’interférence endogène intracellulaire de
vrait permettre d’éviter les potentiels effets cytotoxiques des shRNA, tout en obtenant un blocage plus stable, dans le temps, de l’expression du CCR5.19,20 R. Myburgh a déjà testé sa méthode, avec succès, in vitro, sur une lignée de cellules humaines exprimant CCR5. Il s’apprête, ces pro
chains mois, en collaboration avec l’Université de Zürich, à la mettre au point sur des cellules souches CD34, dans un modèle de souris humanisées et ensuite de tester leur ré
sistance à l’infection par le VIH.
De ces expériences émerge l’espoir que la transplanta
tion de cellules souches autologues modifiées par une nu
cléase zinc finger ou par interférence RNA CCR5spécifique puisse permettre la reconstitution immune par des cel
lules CD4 CCR5 négatives et le contrôle, voire l’abolition de la réplication virale, sans trithérapie. Il reste cependant beaucoup d’inconnues, par exemple les risques d’erreur de clivage de l’ADN, par les nucléases zinc finger ou celui de mutations induites par l’intégration de lentivirus porteurs des shRNA et la possible émergence de virus X4, non blo
qués par ces thérapies R5 spécifiques.
L’étape des essais cliniques (figure 4) a déjà été franchie par trois équipes, aux EtatsUnis, et les premiers résultats ont été présentés à la CROI (Conference on retroviruses and opportunistic infections), à Boston, en février 2011. Lalezari et coll. (étude QUEST, SF et UCLA) ont recruté neuf partici
pants VIH positifs, sous trithérapie efficace. Leurs cellu les CD4 ont été récoltées par leucoaphérèse. Ces cellules ont été modifiées par transduction d’un vecteur viral (adénovi
rus) porteur de la nucléase ZF CCR5. 26% en moyenne des cellules sont devenues CCR5 négatives. Ces cellules ont été réinjectées aux patients. Les résultats montrent une bonne prise de greffe, l’expansion in vivo des cellules CD4
modifiées, de manière transitoire (environ trois mois), dans le sang périphérique, mais également au niveau de la mu
queuse rectale. Aucun effet secondaire important n’a été rapporté.21 L’équipe développe actuellement une techni
que équivalente, afin de bloquer également l’expression du corécepteur CXCR4. Une autre équipe, à l’Université de Pennsylvanie, Tebas et coll., fait de même, mais essaie également sur une cohorte de patients en échec thérapeu
tique.22 Enfin Krishhnan et coll. ont transplanté des pa
tients VIH positifs présentant un lymphome non hodgkinien avec des CD34 autologues en partie transduits par des vec
teurs lentiviraux, porteur de shRNA contre plusieurs pro
téines virales, et le corécepteur CCR5. Après 24 mois, les patients étaient en rémission et plusieurs lignées de cel
lules exprimaient toujours des siRNA.23
conclusion
La pandémie de VIH, qui a débuté en 1981, a déjà fait plus de 60 millions de victimes, dont plus de la moitié sont décédées. De toutes, M. Brown est le seul patient qui peut se prévaloir d’être guéri. Il a donc fait la preuve du concept que la guérison du VIH est possible, ce qui relance tous les espoirs.
Il serait cependant téméraire de trop simplifier l’en
semble du processus qui nécessite, actuellement, une trans
plantation de cellules souches hématopoïétiques d’un don
neur CCR5 négatif, dont la complexité, les risques et le coût empêchent l’application à grande échelle. Certains éléments restent, par ailleurs, non expliqués : l’absence de réémergence du virus X4 ; l’importance de l’effet synergique du traitement ablatif pré et posttransplantation (chimio
radiothérapie, ATG et immunosuppression reçues), sur la vidange des réservoirs viraux, voire même la réaction greffe contre hôte. Mais ce cas a relancé la course à la recherche d’un traitement curatif, en particulier dans la direction de la thérapie génique, où des millions de dollars sont réin
Figure 4. Etudes cliniques utilisant la technique des nucléases zinc finger
(Adaptée de réf.11).
Shéma de deux études :
• à gauche : modification de lymphocytes T CD4 autologues par nucléase zinc finger, expansion ex vivo et retransfert au patient ;
• à droite : modification de cellules souches hématopoïétique CD34 auto- logues et retransfert au patient, après chimiothérapie.
SB-728 Ad5/35,
CCR5 ZFNs Apheresis
enrich CD4+ G-CSF mobilize, apheresis, CD34+ purify
ENDPOINTS safety CD4/HIV levels CCRG selection
SB-728 Ad5/35, CCR5 ZFNs
HSC, preclinical development CD4+ T cells,
phase I trial
Cryopreserve test
Infuse Infuse
Expand cryopreserve
test
Chemotherapy
vestis. Des équipes travaillent à éliminer l’expression des molécules CCR5 et CXCR4 à la surface des cellules cibles du VIH, par des méthodes de nucléase zinc finger ou d’in
terférence RNA, appliquées aux cellules CD4 ou souches hématopoïétiques des patients. Dans l’émerveillement gé
néral, des études cliniques sont déjà en cours, afin que le mot guérison, si longtemps un mirage, puisse faire partie du vocabulaire des patients et de leurs soignants.
Implications pratiques
Grâce à la trithérapie, l’infection VIH est passée du statut de maladie inéluctablement mortelle à celle d’une infection chronique. Cependant, ceci a un prix : une prise quotidienne, à vie, de médicaments ; la mise en évidence d’un syndrome métabolique, associé à la prise de ceux-ci. De plus, on note que l’incidence de certains cancers reste élevée, par rapport à la population VIH négative et que le risque cardiovascu- laire est également plus élevé. Enfin, le coût de l’emploi d’une trithérapie, à vie, s’est révélé non négligeable et pèse lourd dans les dépenses de santé de certains pays
A plus de 3,5 ans du traitement d’une leucémie myéloïde aiguë, par transplantation de cellules souches hématopoïéti- ques, provenant d’un donneur homozygote pour la muta- tion delta32 du gène codant pour le corécepteur CCR5, M.
Brown, patient VIH positif, avant sa transplantation, se porte bien et la communauté scientifique le considère comme le premier patient ayant guéri de l’infection VIH
Devant la morbidité et la mortalité associées à une trans- plantation de cellules souches hématopoïétiques, sans men- tionner la difficulté de trouver des donneurs CCR5 delta32, des stratégies de thérapie génique, visant à éliminer l’ex- pression du CCR5, sont en développement. Le but de ces techniques est d’obtenir des cellules autologues, propres au patient infecté, n’exprimant plus le corécepteur CCR5 et, de ce fait, résistant au virus à tropisme R5
Deux outils de thérapies géniques, l’interférence RNA et la nucléase zinc finger, sont actuellement utilisés dans des ex- périences sur des modèles de souris humanisées et en essai clinique de phase 1, avec des résultats encourageants, re- lançant l’espoir que le mot guérison puisse faire partie du vocabulaire des patients et de leurs soignants
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Remerciements
Je tiens à exprimer mes remerciements au Dr R. Myburgh pour le temps qu’il a consacré à fournir un résumé concis de son travail de recherche sur les miRNA. Tous mes remerciements et ma gratitude vont également au Pr B. Hirschel qui a relu, d’un œil critique, ce ma
nuscrit.
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* à lire
** à lire absolument
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