Vaccination par ADN etVaccination par ADN etThThéérapie grapie géénique.nique.

Module Terre-Biologie.Licence Scientifique Générale.Université Paris Sud XI.

Cornu PaulineDruais Delphine

Dumont Stéphanie

Plan.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 l1. Passage de l’’ADN auxADN auxprotprotééines sans modification.ines 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 lPassage de l’’ADN aux protADN aux protééinesinessans modifications.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 lPassage de l’’ADN aux protADN aux protééinesinessans modifications.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 lLa Transcription de l’’ADN ADN ààll’’ARN messager.ARN messager.

• La première étape est dereconnaître le début du gène àcopier .

• Dérouler la double hélice ainsique la fermer.

• On doit ensuite associer lesnucléotides précurseurscomplémentairement auxnucléotides du brin transcrit.

• Puis faire migrer l’ARNmessager formé vers lecytoplasme.

La transcription de lLa transcription de l’’ADN ADN ààll’’ARN messager.ARN messager.

La Transcription de lLa Transcription de l’’ADN ADN ààll’’ARN messager.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 lLa Transcription de l’’ADN ADN ààll’’ARN messager.ARN messager.

La transcription a ainsipermis la synthèse d’unemolécule simple brincomplémentaire du brintranscrit de l’ADN.CetteARN porte l’informationgénétique toujours sous laforme d’une séquencenucléotidique et migre vers lecytoplasme.

La traduction de lLa traduction de l’’ARN m ARN m àà la laprotprotééine.ine.

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 lLa traduction de l’’ARN m ARN m àà la laprotprotééine.ine.

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.

Le brin d'ARN messager est A U A G C G U U C A G A A C U G A U A C G U A A 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

La traduction de lLa traduction de l’’ARN m ARN m àà la laprotprotééine.ine.

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 l2. Passage de l’’ADN auxADN auxprotprotééines avec mutations.ines avec mutations.

Mutation: une modification de

l’information génétique. C’est un

événement qui est considéré commerare, aléatoire et héréditaire et qui

ne conduit pas forcément à unevariation phénotypique.

Ils en existent de différentes formes etqui entrainent des modifications

différentes.

λ ADN =>ARN messager =>Protéine

λ ADN altéré => ARN messager leplus souvent altéré => Protéinemodifiée

Due à:

•Les ondes électromagnétiques

•Des substances chimiquesinteragissant avec l’ADN (ouéventuellement avec l'ARN)

•Une modification du système deréparation de l'ADN, qui cesse alors decorriger les erreurs de réplications.

Transmission des mutations.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 substanceschimiques), si elle n'affecte que des cellules somatiques affecte justele sujet atteint directement.

• Si les cellules se divisent activement, il y a possibilité de création d'unetumeur pouvant évoluer vers un cancer. À l'opposé, s'il n'y a pas dedivision l'effet est négligeable.

ConsConsééquences des mutations.quences des mutations.

• la plupart des mutations ont de plus ou moins importantes conséquencesphénotypiques : cancers ou maladies génétiques.

• les mutations neutres ne modifient pas le fonctionnement de la protéineet n'ont pas de conséquence phénotypique macroscopique .

• les mutations silencieuses ou muettes n'entraînent aucun changementdans la séquence d'acides aminés, ce qui est dû aux nombreusesredondances dans le code génétique.

Vaccination prVaccination prééventive et vaccinationventive et vaccinationththéérapeutique rapeutique àà partir d partir d’’ADNADN

1. Rappel : Système immunitaire

2. Vaccination préventive

3. Vaccination thérapeutique à partird’ADN

1. Rappel : Syst1. Rappel : Systèème immunitaireme immunitaire

Deux types de mécanisme de défense immunitaire:

1. Les mécanismes de défense non spécifiques : la peau, lesmuqueuses

2. Les mécanismes de défense spécifiques : les lymphocytes,les anticorps

Quelques dQuelques dééfinitionsfinitions

Les lymphocytes sont des globulesblancs du sang et du tissu lymphoïderesponsable de l’immunité spécifique.

Les anticorps sont des protéinessécrétées par les cellules du systèmeimmunitaire et sont capables de sefixer spécifiquement sur unantigène.

Les antigènes sont des substanceschimiques qui, introduient dansl’organisme sont susceptibles deprovoquer une réponse immunitaire.

Rappel : SystRappel : Systèème immunitaireme immunitaire

• Le système immunitaire doit être capabled’identifier les différents agents pathogènesafin de déclencher une réaction capable de leséliminer.

• Notre système immunitaire garde une mémoirede l’agent infectieux. (cellules mémoires :lymphocytes T et lymphocytes B)

Le fonctionnement du systLe fonctionnement du systèèmemeimmunitaireimmunitaire

Rappel : SystRappel : Systèème immunitaireme immunitaire

1. Reconnaître le soi du non soi2. La spécificité : à un antigène

correspond un anticorps.3. La capacité à répondre à des

pathogènes très divers.4. La mémoire immunitaire.

Le système immunitaire a donc 4 propriétés:

2. Vaccination pr2. Vaccination prééventiveventive

• Un vaccin c’est une préparation contenant unagent pathogène rendu inoffensif et qui estcapable de déclencher une réactionimmunitaire.

• La vaccination préventive vise à stimuler lesdéfenses naturelles de façon à prévenirl’apparition d’une maladie, elle permettra doncde détruire rapidement l’agent infectieux.

Des outils pour la vaccinationDes outils pour la vaccinationprprééventive ou thventive ou théérapeutiquerapeutique

•• Les toxines inactivLes toxines inactivéées:es:Des chercheurs ont trouvés une protéine, une toxine qu’ils ontmodifié pour la rendre non toxique afin de fabriquer un vaccin.

•• Une protUne protééine coupline coupléée e àà un polysaccharide un polysaccharide::

Une enveloppe de polysaccharides (sucres) entoure denombreuses bactéries infectieuses. La vaccination par despolysaccharides purifiés ne déclenche qu’une immunitépartielle. Par conséquent, les chercheurs ont couplé unpolysaccharide à une protéine de l’agent infectieux afin defabriquer des vaccins.

•• LL’’immunisation parimmunisation parll’’ADN:ADN:L’ADN des plasmidespénètre dans les cellulesdes malades. Le gènecodant l’antigène esttranscrit en ARN messageret ensuite traduit enprotéine ce qui active lesystème immunitaire contrel’antigène, et produit ainsiune immunisation contre levirus.

Des outils pour la vaccinationDes outils pour la vaccinationprprééventive ou thventive ou théérapeutiquerapeutique

3. Vaccination th3. Vaccination théérapeutiquerapeutique

• Cette technique consiste à stimuler lesystème immunitaire de l’organisme pourfavoriser la production d’anticorps.

• Il ne s’agit donc plus de prévenir l’apparitiond’une maladie mais d’aider l’organisme d’unepersonne déjà infectée à lutter contre la maladieen renforçant ses défenses immunitaires.

Vaccination thVaccination théérapeutiquerapeutique

• Des vaccins thérapeutiques sont en cours de miseau point afin de lutter contre diverses maladiestelles que : Hépatite C, papillomavirus …

ConclusionConclusion

La vaccination n’est plus seulement préventivemais thérapeutique. Elle va chercher à prévenir uneinfection ou à modifier une maladie déjà établie.

La vaccination permet de protéger l’organismecontre des agents infectieux.

Le développement et la fabrication des vaccinsclassiques et thérapeutiques bénéficient de lathérapie génétique.

La thLa théérapie grapie gééniquenique

1. La thérapie génique(définition/méthodes/vecteurs)

2. Exemple concret: lathérapie génique auservice des maladiescérébrales(Principe/stratégie/exemples)

1. DDééfinition de la thfinition de la théérapierapieggééniquenique

Correction d’un défaut génétique par leremplacement ou l’ajout de cellulesgénétiquement corrigées, c’est-à-dire porteused’un allèle fonctionnel.

Il existe deux thérapies géniques:

- germinale (dans les cellules-œufs) (non réalisée)

- somatique (dans les cellules somatiques)

Les mLes mééthodesthodes

• 1ère méthode ADN « antisens »:

- à l’aide de courtes séquences d’ADNsynthétique ou des ribozymes (ARN)on empêche les segments d’ARNmessager de gènes mutants (ou non)de synthétiser des protéines

• 2ème méthode:

- Insérer le gène d’une protéinenommée anticorps intracellulaire

- bloque l’activité de la protéinemutante

• Ajouter un gène dans une cellule ou une nouvelle propriété

• Empêcher la synthèse ou l’action de protéine nuisiblesproduites par un gène défectueux :

2 m2 mééthodes dthodes d’’introduction de gintroduction de gèènesnes

Les différents types de vecteurs pourtransporter et distribuer les gènes

• Les virus:

- les rétrovirus: insèrent une copie de leurs gènes dans leschromosomes des cellules qu’ils envahissent

- les adénovirus humain: sont inoffensifs/n’entraînent que desrhumes/n’insèrent pas leur gènes dans des chromosomes

- les virus associés aux adénovirus: sont inoffensifs et intègrentleurs gènes dans des chromosomes

- les herpèsvirus: n’intègrent pas leurs gènes dans deschromosomes/sont attirés par les neurones

• Les agentssynthétiques:

- combinaison d’ADNet de molécules

- transport de l’ADNdans les cellules

- protège desdégradations

• Les liposomes:

- étudiés comme desrétrovirus

- on sait y loger unplasmide (ADN) dontles gènes modifiés ontun effet thérapeutique

• Les peptides:

L’ADN est transporté

• L’ADN nu:

Immunisationcontre les maladiesinfectieuses, voirecertaines formes decancers

Les limitesLes limites

• La quantité de protéine nécessaire est difficile à réguler

• On a pas encore de vecteurs capables de s’orienter eux-même vers lescellules cibles

• Les virus:

- Les rétrovirus: peu sélectifs/ne propagent leurs gènes que lors desdivisions cellulaires (pas neurones)/VIH utilisé comme rétrovirus maispas encore certain qu’il ne reviendra pas pathogène

- Les adénovirus: les gènes transporteur de l’ADN finissent pardisparaître: renouvellement mensuel ou annuel/peu sélectifs/provoqueune réaction immunitaire énergétique

- les virus associés aux adénovirus, les herpèsvirus, les alphavirus etles proxivirus: aucun n’est idéal mais chacun à des applicationsspécifiques

• Les agents synthétiques:Les gènes s’intègrent bien dans leschromosomes en laboratoire mais mal dansl’organisme

• Les liposomes:Moins efficace que les virus mais les essaissont en cours

2. Exemple concret: la th2. Exemple concret: la théérapierapieggéénique au service des maladiesnique au service des maladies

ccéérréébralesbrales

• Maladies neurologiques = évolutives• Cellules touchées: cellules nerveuses ou les

neurones- le problème: les neurones touchées sontperdus, ne se divisent plus.- Solution:ralentir la dégénérescence cérébrale oucompenser un déficit lié à laneurodégénerescence.

La maladie de ParkinsonLa maladie de Parkinson

• Le problème:

- dégénérescence progressive dela substance noire (motricité,tremblements…)

- mort des ces neurones: plus deneuromédiateur : la dopamine

• Les solutions:

- Stimuler la production de ladopamine en augmentant laproduction d’une enzyme

- Greffer des cellulesgénétiquement modifiées

• Tests sur des rats:

- utilisation de vecteurs génétiques: virus del’herpès et des adénovirus

- transplantation de neurones

- mais s’autodétruisent

- il faut une survie des greffons à long terme

- Stratégie: bloquer le suicide cellulaire

• Résultat:

L’état général desrats est mieux

La crise dLa crise d’é’épilepsiepilepsie

• Le problème:

Les cellules touchées sont lesneurones qui produisaientcomme neuromédiateur leglutamate. Le calcium n’estdonc plus réabsorbé.

• Tests sur des rats:

Utilisation d’un vecteur: levirus de l’herpès modifié pourévacuer le calcium en excès

• Résultats:

- préservation du métabolismedes neurones lors d’une crised’épilepsie

- réductions des lésions

• Solution:

Essayer d’évacuer le calcium enexcès

•• DDéésactivation des msactivation des méécanismes dcanismes d’’apoptoseapoptose(suicide cellulaire)(suicide cellulaire)

• Gène inhibiteur de l’apoptose (bcl-2) dansle virus de l’herpès

• Protège contre les dégâts d’une criseneurologique

StratStratéégie gie « « anti-suicideanti-suicide » »

ConclusionsConclusions• D’autres formes de vecteurs sont à l’étude comme des chromosomes

miniatures

• Quand les vecteurs seront au point, ils seront utilisés pour destraitements différents : pour une activité à court terme par exemple onprivilégiera soit un adénovirus, un liposome ou un ADN nu

• Une fois au point, les biologistes devront éviter l’inactivation desgènes étrangers et limiter les réactions immunitaires :

- utiliser des substances antirejet

- commencer très tôt la thérapie génique dans la vie du malade avantque son système immunitaire ne soit devenu opérationnel

• Difficulté du cerveau: il est enfermé dans une boîte crânienne: lesvecteurs viraux arriveront-ils à arriver jusqu’au cerveau? seront-ilsalors assez actifs? agiront-ils suffisamment longtemps?

• Les progrès dans quelques années dans ce domaine neurologiquepermettra d’aider et de soigner les maladies des personnes âgées

BibliographieBibliographie

• Dictionnaire des Sciences de la Vie et de la Vie et de laTerre 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