Rétinite pigmentaire : l’optogénétique offre une vue en rose

Science

Des chercheurs de l’Institut de la vision (Inserm-CNRS-UPMC) ont montré que l'opsine ReaChR, une protéine sensible à la lumière rouge, obtenue par génie génétique, serait un bon candidat pour restaurer de la vision chez des patients atteints de maladies neurodégénératives de la rétine.

Les maladies neurodégénératives, comme la DMLA ou la rétinite pigmentaire, sont responsables de la destruction progressive des cellules de la rétine sensibles à la lumière (celle des bâtonnets, puis des cônes). Ces maladies conduisent à la cécité totale, à plus ou moins brève échéance. Si depuis 1990 des patients ont pu bénéficier de rétines artificielles de plus en plus sophistiquées, une autre voie thérapeutique prometteuse est également explorée depuis une dizaine d’années : l’optogénétique. Cette dernière vise à restaurer la vision de ces patients, en introduisant dans les cellules de la rétine (grâce à un vecteur viral) le gène d’une protéine photosensible de la même famille que celles naturellement présentes dans les cônes et bâtonnets : les opsines. Le défi est de trouver une opsine qui se placera correctement au niveau de la membrane des cellules et sera suffisamment sensible à la lumière pour déclencher un signal électrique qui atteindra le cerveau.

Le pigment ChR2 (channel rhodopsine), issu d’une algue, paraissait être le candidat idéal. Il est sensible à la lumière bleue (longueur d’onde : 470 nm) et capable de déclencher une réponse électrique dans le neurone dans lequel il a été introduit.  Néanmoins, ce pigment ne répond qu’à des stimulations lumineuses de forte intensité, pouvant à terme endommager les cellules de la rétine. Des opsines dérivées ont donc été recherchées. Un variant du ChR2 a été obtenu en 2013 à l’université de Californie, par l’équipe du prix Nobel de chimie Roger Tsien. Baptisé ReaChR (pour red-activatable ChR), ce pigment est sensible à la lumière rouge jusqu’à 600 nm : cela en fait une bonne alternative car la dangerosité de la lumière diminue rapidement avec l’augmentation de la longueur d’onde.

© A. Sengupta et coll.
Descriptif de l'expérience conduite chez la souris. Le fond d’œil de la souris démontre que l’opsine s’exprime bien : la protéine,couplée à une molécule fluorescente (YFP), est visible en vert. L’enregistrement des neurones rétiniens montre qu’ils répondent de concert à la lumière orange, alors qu’ils y étaient insensibles avant l’injection.

Des résultats précliniques encourageants

Les équipes de Jens Duebel et de Deniz Dalkara de l’Institut de la vision* viennent de publier des travaux essentiels pour déterminer l’intérêt de cette nouvelle opsine pour restaurer la vision de patients aveugles. Ces chercheurs ont testé ReaChR sur un modèle animal classique, la souris. Ils ont également réalisé les tous premiers essais sur des rétines post-mortem de macaques et d’humains. Dans les trois cas, ils ont utilisé le virus AAV pour transférer le gène de l’opsine dans les cellules de la rétine. "Nous avons opté pour l’introduction de cette opsine dans les cellules ganglionnaires de la rétine, car elles restent vivantes une fois les photorécepteurs et la couche intermédiaire des cellules bipolaires détruits, explique Antoine Chaffiol co-auteur des travaux. Cela correspond au stade avancé de la maladie. Par ailleurs, ces cellules présentent l’avantage d’être faciles à atteindre via une injection dans le vitré de l’œil, car elles forment la couche interne de la rétine. L’acte est moins délicat à réaliser et ne présente pas de risque de décollement de la rétine. "

L’expérience s’est montrée concluante. Une fois le gène de ReaChR introduit dans les cellules ganglionnaires, l’opsine s’est exprimée sur les membranes en quelques semaines et a prouvé sa capacité à moduler le potentiel électrique de la membrane. L’enregistrement des réponses de chaque cellule à des stimulations lumineuses a montré qu’elles répondent à des intensités de lumière rouge inoffensives, c’est-à-dire inférieures aux limites fixées par les normes européennes et internationales. De plus les cellules exprimant ReaChR sont capables de décharger jusqu’à une fréquence de stimulation de 30 Hz, ce qui est un peu lent mais convient néanmoins à la vision humaine (la cadence d’un film standard est de 24 Hz). Le signal produit par la cellule ganglionnaire est de surcroît capable de produire une réponse neuronale au niveau du cortex visuel et d’induire le comportement d’évitement de la lumière typique de la souris sauvage, démontrant ainsi que le signal est bien interprété.

Les expériences conduites sur des rétines post-mortem de macaques et d’humains ont montré que ReaChR est également capable de déclencher une réponse des cellules ganglionnaires à des lumières rouges dans ces espèces. Ce résultat très encourageant doit être complété par des études menées in vivo chez l’homme, afin de déterminer les paramètres pharmacologiques nécessaires pour obtenir la même efficacité qu’ex vivo.

Les chercheurs de l’Institut de la vision travaillent d’ores et déjà sur la réalisation de lunettes spéciales qui permettront de stimuler la rétine avec des images simplifiées monochromes orangées, afin de tester la qualité de la restauration visuelle obtenue avec ce type de stratégie. "En tout état de cause, la précision sera bien meilleure qu’avec les implants rétiniens actuels, souligne Deniz Dalkara, co-auteur des travaux. Cependant, il ne faut pas s’attendre à retrouver une vision parfaite. Les cellules ganglionnaires étant situées en sortie de rétine, tous les traitements de l’information effectués par la rétine elle-même sont perdus. Les images seront donc de moins bonne définition. La vision restera celle d’un malvoyant, même si l’on peut s’attendre à ce qu’elle s’améliore avec le temps, grâce à la plasticité cérébrale."

Note

* Unité 968 Inserm/CNRS UMR 7210/université Pierre et Marie Curie (Institut de la vision, Paris), en collaboration avec l’hôpital des Quinze-vingts (Paris) et l’université de Tasmanie (Australie).

Source

A. Sengupta et al. Red-shifted channelrhodopsin stimulation restores light response in blind mice, macaque retina, and human retina. EMBO Molecular Medicine, publication en ligne du 27 septembre 2016.