Annarita MICCIO

Le laboratoire « Chromatine et régulation des gènes au cours du développement » étudie deux domaines principaux :

• Dynamique des réseaux transcriptionnels et épigénétiques au cours du développement des cellules souches

La définition de régions régulatrices contrôlant les programmes d'expression des gènes est fondamentale pour la compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents à de nombreuses maladies et pour le développement de nouvelles approches thérapeutiques. En effet, de nombreuses variations de séquences associées à des maladies se produisent au niveau des cis-régulateurs, qui représentent dans certains cas des cibles thérapeutiques potentielles. L'objectif de nos recherches est l'analyse pangénomique des séquences régulatrices utilisées par les cellules souches/progénitrices hématopoïétiques et épidermiques humaines et des lignées induites à différents stades de développement (Cavazza A., et al., Stem Cell Reports. 2016 ; Romano O. et al., Rapports scientifiques, 2016). La définition des programmes génétiques et épigénétiques a été obtenue grâce à l'utilisation d'un certain nombre d'outils génomiques et bioinformatiques, notamment RNA-seq, deepCAGE, Retroviral scanning et ChIP-Seq. Ces recherches ont permis de mieux comprendre les bases moléculaires de la « stemness » et l'implication de lignées de cellules souches cliniquement pertinentes, ce qui constitue une base de connaissances pour une utilisation plus sûre et plus efficace des cellules souches en thérapie cellulaire et génique (Romano O. et al., J Vis Exp. 2017 ; Romano O. et al., Stem Cells Translational Medicine, 2017).

Actuellement, nous analysons à l'échelle pangénomique le rôle des facteurs de transcription hématopoïétique (par exemple, GATA1 et GATA2) et leurs cofacteurs, ainsi que les modifications épigénétiques des histones associées à la transcription ou au « silencing » afin de définir les régions régulatrices impliquées dans la biologie des cellules souches hématopoïétiques et dans l'engagement et la différenciation des érythroïdes. La validation des régions régulatrices supposées est effectuée par des approches CRISPR-Cas9 et de chromatic conformation capture (Romano et al., en cours de révision ; Meneghini et al., en préparation).
 

• Approches moléculaires pour le traitement des β-hémoglobinopathies

La drépanocytose et la β-thalassémie sont des maladies génétiques causées par des mutations dans le gène codant pour la chaîne β de l'hémoglobine chez l'adulte. Elles représentent les maladies monogéniques les plus courantes dans le monde et touchent des milliers de nouveau-nés chaque année. Dans la β-thalassémie, la production réduite de chaînes β provoque une précipitation de la globine α et la mort des globules rouges. Dans la drépanocytose, une seule substitution d'acide aminé dans la chaîne β-globine entraîne la polymérisation de l'hémoglobine et la déformation des globules rouges qui prennent une forme de faucille.

Les β-hémoglobinopathies peuvent conduire à un phénotype clinique grave caractérisé par l'anémie, des crises de douleur et des lésions organiques. Jusqu'à présent, le seul traitement curatif est la transplantation de moelle osseuse provenant d'un donneur compatible : il n'est envisageable que pour moins de 30 % des patients.

Les traitements expérimentaux comprennent la thérapie génique et des traitements pharmacologiques. Des études sont notamment en cours pour identifier les composés qui augmenteraient l'expression des gènes de la globine foetale. Le rationnel cette approchae est basée sur l'observation faite de longue date que les patients porteurs de mutations qui déclenchent une expression élevée de la globine foetale, connaissent une évolution clinique plus bénigne de la maladie (Cavazzana, Antoniani et Miccio, Molecular Therapy, 2017). Cependant, les traitements pharmacologiques ne présentent pas la même efficacité chez tous les patients, sont associés à une de forte toxicité et ne traitent pas de façon définitive. Plusieurs facteurs nucléaires, tels que le régulateur maître érythroïde GATA1, ses cofacteurs FOG1 et BCL11A et le complexe répresseur NuRD, sont impliqués dans l'inhibition de l'expression de la g-globine. Toutefois, leur rôle dans le développement de l'érythroïde et la l'expression de l'hémoglobine n'a pas encore été complètement élucidé.

L'objectif de nos recherches est de développer les connaissances scientifiques pour développer des thérapies sûres pour la drépanocytose et la β-thalassémies utilisant des approches avec des lentivirus et le « genome editing » pour augmenter l'expression de la g-globine. Nous cherchons à caractériser les facteurs de transcription et les éléments génomiques régulateurs qui contrôlent le passage de l'expression du gène de la globine foetale à celle de l'adulte. La cartographie précise des éléments régulateurs impliqués dans ce passage peut fournir des cibles thérapeutiques potentielles pour induire l'hémoglobine foetale.

Nos études sont axées sur les mécanismes moléculaires qui autorisent le passage de β à la g-globine ainsi que sur l'évaluation de l'efficacité et de la sécurité des approches thérapeutiques ciblées sur ces mécanismes. Nous recourons à des techniques moléculaires connues et nouvelles (par exemple des analyses pangénomiques, des lentivirus et CRISPR/Cas9) avec différents modèles cellulaires, y compris des cellules souches hématopoïétiques cliniquement pertinentes (Antoniani, Meneghini et al., Blood, 2018 ; Lagresle-Peyrou C. et al., Haematologica. 2018 ; Lattanzi et autres, Molecular Therapy, 2018 ; Weber et autres, Molecular Therapy and Clinical Development, 2018 ; Weber, Frati et autres, Science Advances, sous presse ; Meneghini Ramadier et autres, en préparation).