Reglați expresia unui transgen terapeutic printr-o dietă cu deficit de acid
Alain Bruhat 1, Cédric Chaveroux 1, Valérie Carraro 1, Céline Jousse 1, Julien Averous 1, Anne-Catherine Maurin 1, Laurent Parry 1, Florent Mesclon 1, Yuki Muranishi 1, Patrick Baril 2, Anh Do Thi 3, Philippe Ravassard 3, Jacques Mallet 3, 4 și Pierre Fafournoux 1 *
1 Unitate de nutriție umană, UMR 1019, INRA Clermont-Theix, Universitatea Clermont-Ferrand 1, 63122 Saint Genès Champanelle, Franța
2 Centrul de Biofizică Moleculară, CNRS UPR4301, Universitatea din Orléans, Inserm, Orléans, Franța
3 CNRS UMR7225, Inserm U1127, Universitatea Pierre et Marie Curie, Institutul pentru creier și măduvă (ICM), echipa de biotehnologie și bioterapie, Paris, Franța
4 Departamentul de chirurgie neurologică, Universitatea din California San Francisco (UCSF), San Francisco, CA, Statele Unite
Terapia genică implică aducerea unei gene în celule pentru a vindeca sau preveni bolile. Această genă poate înlocui apoi o genă defectă, în cazul unei boli genetice, sau face posibilă fabricarea și distribuirea locală a unei molecule terapeutice. Una dintre limitările majore ale utilizării terapiei genetice este lipsa controlului asupra expresiei transgenului (gena introdusă în organism) [1]. Singurele sisteme inductibile actuale descrise la șoareci necesită exprimarea proteinelor de reglementare exogene (receptori), precum și a moleculelor chimice inducătoare (cum ar fi doxiciclină 1, ecdisonă 2, rapamicină 3 etc.). Cu toate acestea, efectele secundare potențiale ale acestor sisteme împiedică utilizarea lor în medicina umană.
Vă prezentăm aici un sistem, pe care tocmai l-am dezvoltat, în care expresia transgenului este controlată de consumul unei anumite diete în care un aminoacid esențial (AAI) este absent [2].
De la nutriție la terapia genică
Homeostazia aminoacizilor
La adulții sănătoși și sănătoși, nouă aminoacizi (valină, izoleucină, leucină, lizină, metionină, fenilalanină, treonină, triptofan, histidină) sunt esențiali (AAI), adică nu pot fi sintetizați de novo de către organism și trebuie asigurată prin hrană. În plus, aminoacizii nu au un sistem de stocare dedicat, la fel ca și lipidele (trigliceridele din țesutul adipos) sau glucoza (glicogenul). Prin urmare, în caz de deficit alimentar în AAI, mecanismele care permit adaptarea homeostaziei aminoacizilor la această nouă situație nutrițională sunt obligatorii [3].
O situație nutrițională foarte frecventă la omnivori în sălbăticie este consumul unei diete cu deficit de unul sau mai multe AAI. Un animal cu o singură sursă de proteine de origine vegetală la dispoziție este probabil să aibă un deficit în unul sau mai multe AAI [3]. La rozătoare și omnivori (șobolani, șoareci, porci, găini etc.), s-a demonstrat că consumul unei astfel de diete determină o scădere rapidă și marcată a consumului de alimente. Acest fenotip rezultă din detectarea de către creier a unei scăderi a concentrației plasmatice a aminoacidului limitativ. Acest comportament ajută la respingerea unei diete dezechilibrate și la promovarea căutării unei diete echilibrate [4]. Acest exemplu arată că organismul este capabil să detecteze lipsa de aminoacizi și să regleze anumite funcții fiziologice permițând adaptarea la o nouă situație nutrițională. Pentru a face acest lucru, activează o cale de semnalizare specifică care reglează expresia anumitor proteine implicate în mecanismele de adaptare la aportul nutrițional inadecvat.
Calea de semnalizare GCN2/eIF2a/ATF4 este activată de o lipsă de aminoacizi
Echipa noastră a demonstrat că lipsa AAI poate regla funcțiile fiziologice prin reglarea expresiei genelor țintă. Am identificat un element de răspuns la aminoacizi (AARE) localizat în promotorii acestor gene [5]. De asemenea, am contribuit la caracterizarea căii de semnalizare activată de deficiența AAI și care duce la supraexprimarea genelor țintă. Detectorul pentru deficitul de aminoacizi este protein kinaza GCN2 (control general nederepresibil 2) care, prin fosforilarea factorului de inițiere a traducerii eIF2α (factorul de inițiere eucariotă 2a), va induce traducerea factorului de transcripție ATF4 (activând factorul de transcripție 4; vedea figura 1 pentru mai multe detalii) [6] (→).
(→) Vezi nuvela lui A. Bruhat și colab., Domnișoară nr.12, decembrie 2015, pagina 1057