Aspects génétiques des maladies parodontales : la thérapie génique est-elle une option plausible pour le traitement des parodontites ? Genetics and periodontal disease: is gene therapy a plausible option for the treatment of periodontitis?

Introduction

La maladie parodontale est le résultat d’une réaction inflammatoire contre des antigènes microbiens libérés à partir du biofilm autour de la surface dentaire. Les bactéries commencent à s’accumuler dans l’environnement sous-gingival jusqu’à former un biofilm mature qui demeure attaché à la surface de la dent. Les micro-organismes inclus à l’intérieur du biofilm libèrent des facteurs de virulence qui affectent directement les cellules épithéliales et provoquent une réaction inflammatoire. Le type et la qualité de la réaction immunologique sont soigneusement régulés au niveau génétique et peuvent aussi être modulés par des micro-organismes et d’autres facteurs tels que le tabac et les maladies systémiques. Néanmoins, la maladie parodontale est le résultat d’interactions complexes entre des agents infectieux, les cellules et les tissus de l’hôte, des facteurs environnementaux et des gènes provenant essentiellement de la réponse immunitaire. De ce fait, l’expression clinique de l’inflammation est le résultat de l’expression de multiples produits des gènes et ou de leurs fonctions.

Durant des décennies, le traitement de la maladie parodontale a consisté en l’élimination mécanique du biofilm, parfois associée à des agents antimicrobiens. Cependant, les approches thérapeutiques actuelles sont ciblées sur la modulation de l’inflammation chez des individus à haut risque et sur la régénération des tissus parodontaux perdus. La thérapie génique offre une solution révolutionnaire qui pourrait aider à contrôler l’inflammation parodontale et ses séquelles. Le défi qu’elle doit relever est de sélectionner des systèmes de libération de gènes sécu­risés et hautement efficaces qui puissent délivrer des gènes thérapeutiques pour stimuler ou réprimer l’expression de cibles pertinentes dans des types cellulaires spécifiques, réparant ainsi la fonction altérée. Cet article passe en revue l’utilisation d’approches de thérapie génique pour le traitement des maladies parodontales et la régénération des tissus perdus.

Différences génétiques entre individus

Les individus de n’importe quelle espèce présentent des différences phénotypiques dans l’organisation d’un ensemble de traits ou de caractéristiques physiques. La base de ces différences peut être due à des modifications génétiques permanentes dans la séquence des nucléotides de leur génome (génotype) ou à des différences non génétiques dues à l’environnement. La séquence nucléaire de l’ADN est à 99,9 % identique entre deux êtres humains quels qu’ils soient, et c’est cette petite fraction restante qui est responsable de la variabilité génétiquement déterminée des êtres humains. Il est probable que certaines différences dans la séquence de l’ADN ont peu ou pas d’effet sur le phénotype, alors que d’autres sont directement responsables de l’apparition des mala­dies. De ce fait, les maladies génétiques sont la manifestation la plus évidente, et peut-être la plus extrême, des différences génétiques, allant au-delà de la variabilité génétique considérée comme « normale » (Nussbaum et al., ²⁰⁰¹).

La variabilité, d’un point de vue génétique, est essentiellement issue du phénomène de mutation qui se définit comme étant un changement quelconque dans la séquence de nucléotides de l’ADN. Les mutations peuvent être classées en trois catégories :

– les mutations génomiques, lorsque le nombre de chromosomes dans la cellule est affecté, phénomène résultant de défauts dans la ségrégation des chromosomes durant la méiose ou la mitose ;

– les mutations chromosomiques, lors de l’altération de la structure des chromosomes individuels telles les duplications, les délétions, les inversions et les translocations, qui peuvent se produire spontanément ou résulter de la ségrégation anormale de chromosomes en translocation durant la méiose ;

– les mutations de gènes correspondant à des changements dans la séquence de l’ADN, qui peuvent affecter un nucléotide et jusqu’à des milliers de paires de bases.

Il est intéressant de noter que toutes les mutations n’ont pas de conséquences cliniques. Le résultat final de ces modifications dans le génome se traduit par des variations génétiques dans les populations humaines (Nussbaum et al., ²⁰⁰¹).

Polymorphismes génétiques

On considère que n’importe quel segment d’ADN humain de 1 000 paires de bases, contient en moyenne une paire de base qui varie entre deux individus de la population générale. Lorsque les variants alléliques (différentes versions d’une séquence d’ADN au niveau d’un locus chromosomique particulier) sont tellement communs qu’on les trouve dans plus de 1 % des chromosomes de la population générale, cela s’appelle le polymorphisme génétique (Nussbaum et al., ²⁰⁰¹). En d’autres termes, les polymorphismes sont un mécanisme par lequel les individus présentent des variations dans la limite de ce que l’on considère comme biologiquement normal (Guzman et al., ²⁰⁰³).

Ces variantes dans la structure du gène peuvent légèrement altérer la fonction du produit du gène (c’est-à-dire la protéine), d’où l’importance des polymorphismes, tels qu’ils sont probablement exprimés à travers des changements dans les taux ou l’activité des protéines codantes spécifiques. Par conséquent, les poly­morphismes génétiques associés à la maladie peuvent révéler quels éléments au sein d’un réseau complexe de protéines sont essentiels pour déterminer le risque et la sévérité de la maladie (Shirodaria et al., ²⁰⁰⁰).

En général, les maladies peuvent avoir leur base génétique dans un, plusieurs ou de nombreux gènes : elles sont alors qualifiées respectivement de monogéniques, oligogéniques ou polygéniques. Certaines maladies sont causées par l’interaction de facteurs génétiques et environnementaux ; ces derniers peuvent activer, accélérer ou exacerber le processus de la maladie et, dans ce cas, on les appelle des maladies multifactorielles ou des profils de transmission complexes. Dans le domaine dentaire, la maladie parodontale, les dent, lèvre et la fente palatines ainsi que les carcinomes squameux de la tête et du cou sont considérés comme des maladies complexes acquises (Nussbaum et al., ²⁰⁰¹ ; Hart et Ferrell, 2002).

Susceptibilité génétique dans la maladie parodontale

Il est largement admis que la maladie parodontale est la conséquence d’une réponse inflammatoire aux bactéries du biofilm dentaire. Cependant, sa progression n’est pas seulement due à l’action directe des micro-organismes ; on considère plutôt que c’est une maladie complexe multifactorielle qui implique des facteurs génétiques, environnementaux (tabac, médicaments, stress), microbiologiques, immunologiques, hormonaux et métaboliques (diabète, malnutrition) ainsi que des maladies systémiques qui interfèrent avec le système immunitaire de l’individu, aggravant ainsi les conditions parodontales (Gemmell et al., ²⁰⁰² ; Kornman et al., ¹⁹⁹⁷).

Par la suite, on a reconnu que seule une partie de la variabilité de la maladie au sein de la population pouvait s’expliquer uniquement par des facteurs environnementaux. En ¹⁹⁸⁶, Löe et al. ont mené une étude chez des travailleurs du Sri Lanka âgés de 14 à 46 ans, pour décrire l’histoire naturelle de la maladie parodontale chez l’homme (Löe et al., ¹⁹⁸⁶). Cette étude a permis de découvrir que, parmi le groupe d’individus dont l’hygiène buccale était mauvaise et qui n’avaient pas accès aux soins dentaires, certaines maladies parodontales se développaient rapidement alors que chez d’autres, elles se développaient plus lentement ou pas du tout. Cette variabilité pourrait être due soit à des éléments environnementaux non identifiés ou à des différences dans la susceptibilité des individus à la maladie.

L’approche génétique de la maladie parodontale est complexe, parce que :

– différentes formes de maladie parodontale peuvent présenter différents syndromes héréditaires de base ;

– deux patients avec le même diagnostic parodontal peuvent avoir des facteurs de susceptibilité géné­tique différents ;

– certains patients atteints de paro­dontite peuvent ne pas présenter l’étiologie génétique de base.

Ce qui semble clair, c’est que la différence génétique qui existe entre les patients pourrait expliquer pourquoi des individus avec les mêmes quantité et qualité de biofilm dentaire, la même exposition à l’environnement et un statut médical simi­laire présentent d’importantes différences dans l’expression de la maladie. Il est important de souligner que la composante génétique de certaines formes de maladies paro­dontales peut être complexe parce que les conditions sous­jacentes peuvent ne pas résulter d’un seul gène majeur et, de ce fait, il est possible qu’un certain nombre de gènes dont l’action individuelle est faible peuvent voir leur action augmenter ou alors agir ensemble pour modifier l’expression de la maladie. Par ailleurs, il est également vraisemblable que certaines formes de parodontites aient des paramètres autres que génétiques pouvant conduire à la même expression clinique de la maladie. De cette façon, différentes familles, groupes ethniques ou catégories de patients peuvent présenter le même phénotype de la maladie mais avec des profils génétiques sous-jacents tota­lement différents (Schenkein, ¹⁹⁹⁸).

Pour déterminer le risque génétique des parodontites, des études ont été menées sur des jumeaux monozygotes et dizygotes (Michalowicz et al., ^1991a, ^1991b ; Corey, ¹⁹⁹³) ainsi que sur des familles, en recherchant en particulier le risque génétique de la parodontite à début précoce (ancienne dénomination) et classée aujourd’hui parmi les parodontites agressives (Beaty et al., ¹⁹⁸⁷ ; Boughman et al., ¹⁹⁹² ; López, ¹⁹⁹² ; Schenkein, ¹⁹⁹⁸).

Par ailleurs, les troubles génétiques ont été associés à des maladies parodontales telles que le syndrome de Chediak-Higashi (Charon et al., ¹⁹⁸⁵), la neutropénie cyclique et le syndrome de Papillon-Lefèvre (Lyberg, ¹⁹⁸²), à des anomalies au niveau du collagène (Hart et al., ¹⁹⁹⁷) ainsi qu’à des anomalies enzymatiques associées à l’homéostasie des tissus conjonctif et osseux, telles que l’acatalasie et l’hypophosphatasie (Schenkein, ¹⁹⁹⁸).

Études du polymorphisme du gène cytokine dans la maladie parodontale

En général, les cytokines sont des protéines régulatrices de faible poids moléculaire qui sont actives en petites quantités (concentrations de pico­molaires à femtomolaires). Elles sont produites par des cellules activées et exercent principalement leur effet localement en se liant à des récepteurs de haute affinité à la surface de différents types cellulaires. De cette façon, les cytokines véhiculent des informations entre les cellules et forment un réseau d’interactions complexe. Cela a conduit à étudier les associations entre les polymorphismes de gènes de certaines cyto­kines et les maladies (Hodge et al., ²⁰⁰¹). Pour la maladie parodontale, le groupe pionnier qui a étudié l’asso­ciation génotype-maladie est celui de Kornman (Kornman et al., ¹⁹⁹⁷). Cette recherche a posé un jalon dans l’étude de la composante génétique de la maladie parodontale et est devenue un paradigme qui a influencé le polymorphisme de l’interleukine 1 (IL1) comme indicateur d’une susceptibilité aux parodontites sévères chez l’adulte. Depuis, il y a eu de nombreuses études sur le lien entre la maladie parodontale, le polymorphisme de l’IL1 et d’autres cytokines telles que le tumor necrosis factor alpha (TNF-α) (Galbraith et al., ¹⁹⁹⁸ ; Shapira et al., ²⁰⁰¹ ; Endo et al., ²⁰⁰¹ ; Craandijk et al., ²⁰⁰² ; Soga et al., ²⁰⁰³ ; Fassmann et al., ²⁰⁰³ ; Menezes et Colombo, ²⁰⁰⁸), l’IL10 (Kinane et al., ¹⁹⁹⁹ ; Hennig et al., ²⁰⁰⁰ ; Yamazaki et al., ²⁰⁰¹ ; Gonzales et al., ²⁰⁰² ; Berglundh et al., ²⁰⁰³), l’IL4 (Michel et al., ²⁰⁰¹ ; Scarel-Caminaga et al., ²⁰⁰³ ; Pontes et al., ²⁰⁰⁴), le transforming growth factor (TGF-Β) (Linden et al., ²⁰⁰¹ ; Holla et al., ²⁰⁰² ; de Souza et al., ²⁰⁰³), l’IL2 (Scarel-Caminaga et al., ²⁰⁰²), l’IL6 (Trevilatto et al., ²⁰⁰³), le récepteur antagoniste IL1 (IL1-ra) (Tai et al., ²⁰⁰²) et certains récepteurs de membrane ainsi que le récepteur de type I interféron gamma (IFNγ-RI) (Frasser et al., ²⁰⁰³) et le CD14 (Yamazaki et al., ²⁰⁰³). Ces études ont commencé à se pencher sur l’interaction des polymorphismes de plusieurs gènes (l’enzyme de conversion de l’angiotensine), le TNF-Β et l’endothéline 1) avec la maladie paro­dontale (Holla et al., ²⁰⁰¹). Dans cette revue, seules les études portant sur les polymorphismes de l’IL1 feront l’objet d’une discussion. Pour plus d’information sur les autres poly­morphismes et leurs associations avec la maladie parodontale, vous pouvez consulter d’autres revues dispo­nibles sur le sujet (Zhang et al., ²⁰¹¹).

Polymorphisme de l’IL1

L’IL1-Β a été impliquée dans la destruction des tissus parodontaux, étant donné que c’est un stimulateur potentiel de la résorption osseuse et qu’elle stimule la synthèse de métabolites de l’acide arachidonique et la production de protéases qui sont des signes pertinents de la parodontite (Mark et al., ²⁰⁰⁰ ; Shirodaria et al., ²⁰⁰⁰).

On a découvert que les gènes de l’IL1 présentent un polymorphisme ponctuel qui correspond à des variations à l’échelle du nucléotide appelées single nucleotide poly­morphisms (SNP). En particulier, le gène l’IL1-A codant pour l’IL1-α possède une substitution de guanine en thymine par un mécanisme de transversion (G → T) dans la région promotrice au niveau de la position – 889, et le gène IL1-B codant pour l’IL1-Β, présente une substitution par transition de la cytosine par une thymine (C → T) au niveau de la ­position + 3 954 dans l’exon 5, qui détruit un site de restriction de l’enzyme TaqI (Parkhill et al., ²⁰⁰⁰).

Les études qui ont trouvé une association entre les polymorphismes de l’IL1 et la maladie parodontale sont présentées dans le ^{tableau 1}. Kornman et al. ont été les premiers à décrire les polymorphismes de l’IL1 et de l’IL1-ra chez des patients atteints de parodontite de l’adulte, en découvrant que le génotype correspondant à l’allèle 2 (T/T) du gène de l’IL1-A en position – 889 et à celui de l’allèle 2 (T/T) du gène IL1-B en position + 3 953 (également appelé génotype positif) était associé à la sévérité de la parodontite chez les non-fumeurs, et était discriminant entre les patients présentant une paro­dontite moyenne et une parodontite sévère (OR = 18,9 pour les individus âgés de 40 à 60 ans) (Kornman et al., ¹⁹⁹⁷). Chez les ­fumeurs, cette association n’était pas apparente. Chez les patients n’ayant qu’un seul allèle, il n’y avait pas d’associations significatives entre la prévalence d’allèles moins fréquents (allèle 2) et la sévérité de la maladie. Cependant, Pretzl et al., ²⁰¹² ont trouvé que chez les patients positifs pour le génotype composite (au moins une copie du variant de l’allèle 2 en position IL1-A – 889 et IL1-B + 3 953), le nombre de dents résiduelles était moins élevé chez les non-fumeurs atteints d’une parodontite non traitée. De plus, les patients atteints d’une paro­dontite agressive, présentaient une perte osseuse sévère plus importante que les patients atteints de paro­dontite chronique.

Il est intéressant de noter que l’asso­ciation génétique avec la parodontite est évidente seulement lorsque l’on exclut les fumeurs, ce qui confirme l’importance de ce facteur de risque et suggère que son effet est suffisamment puissant pour être observé même chez des sujets qui ne sont pas génétiquement prédisposés à une maladie sévère. L’association du génotype à une maladie parodontale sévère a été confirmée dans d’autres études (McDevitt et al., ²⁰⁰⁰ ; Papapanou et al., ²⁰⁰¹) et elle implique même le précédent géno­type, la présence de l’allèle 2 du gène IL1-RN (Laine et al., ²⁰⁰¹). Gore et al. trouvent une meilleure corrélation entre l’allèle 2 du gène IL1-B + 3 953 sous la forme hétérozygote (C/T) et homozygote (T/T) et la sévérité de la maladie (Gore et al., ¹⁹⁹⁸). Le même génotype a été associé à une augmentation de la profondeur de poche, de la perte d’attache clinique, de la perte osseuse (Cullinan et al., ²⁰⁰¹) et du saignement au sondage (Lang et al., ²⁰⁰⁰). Les études portant sur les relations qui existent entre le génotype et la production de la cytokine spécifique (IL1-α and IL1-Β) ont montré que la présence de l’allèle 2 du gène IL1-B + 3 953 sous sa forme homozy­gote est corrélée à une production accrue d’IL1-? par les polymorphonucléaires (PMN) provenant de la cavité buccale et du sang périphérique des patients atteints de parodontite de l’adulte (Gore et al., ¹⁹⁹⁸). Des résultats similaires ont été obtenus avec des prélèvements de fluide gingival et des biopsies de tissus paro­dontaux (Engebretson et al., ¹⁹⁹⁹), bien que les taux enregistrés en association avec ce génotype aient été variables (Mark et al., ²⁰⁰⁰). De même, on a trouvé que des patients atteints de maladie parodontale sévère qui possèdent l’allèle 2 du gène IL1-A ont une concentration d’IL1-α 4 fois plus élevée dans leur fluide gingival (Shirodaria et al., ²⁰⁰⁰). Inversement, Socransky et al., en se fondant sur le concept selon lequel l’aspect génétique de l’hôte peut influencer la composition de la microflore sous-gingivale, ont cherché à comparer les paramètres microbiologiques pour le génotype IL1 chez des individus atteints de maladie paro­dontale et ont trouvé que les patients avec un génotype positif (allèle 2 du gène IL1-A et allèle 2 du gène IL1-B) présentaient des niveaux élevés d’espèces bactériennes fortement associées à l’inflammation parodontale (Treponema denticola, Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, anciennement connue sous le nom de Bacteroides forsythus) (Socransky et al., ²⁰⁰⁰). Cependant, les découvertes concernant les parodontites à début précoce, que ce soit la parodontite juvé­nile localisée ou la parodontite à début précoce généralisée, sont assez différentes, parce que cette forme clinique est fortement associée à l’allèle 1 à la fois de IL1-α – 889 et de IL1-Β + 3 953, contrairement à ce qui a été rapporté par Kornman et al. pour la parodontite sévère de l’adulte (Kornman et al., ¹⁹⁹⁷), qui est associée avec l’allèle 2 des gènes de l’IL1 (Wagner et al., ²⁰⁰⁷). De plus, l’association avec la profondeur de poche est présente à la fois chez les fumeurs et chez les non-fumeurs (Diehl et al., ¹⁹⁹⁹). Parkhill et al. ont également montré que chez les individus homozygotes pour l’allèle 1 de l’IL1-Β + 3 953, on note une augmentation significative de la susceptibilité à la parodontite à début précoce et la parodontite juvénile localisée sans discrimination de la forme clinique (Parkhill et al., ²⁰⁰⁰). Ces auteurs en concluent qu’il pourrait y avoir un effet « dose dépendant » reconnaissant les individus qui sont « hautement susceptibles » et ceux qui sont « peu susceptibles ». Dans cette optique, il semble qu’il y ait un effet dose dépendant de l’allèle 2 sur la sécrétion d’IL1-Β, montrant une augmentation de son taux chez les individus hétérozygotes et homozygotes pour cet allèle « hautement susceptible » (Pociot et al., ¹⁹⁹²). Cela explique l’association de l’allèle 2 avec les maladies chroniques inflammatoires sévères, comprenant la parodontite chronique dans la pathogenèse de laquelle l’IL1-Β joue un rôle clé. En extrapolant ces connaissances aux découvertes sur la parodontite à début précoce, Parkhill et al. ont postulé que le génotype allèle 1 était associé à un phénotype « peu susceptible » et, par conséquent, les taux élevés d’IL1-Β pourraient jouer un rôle clé en empêchant le déclenchement des maladies parodontales inflammatoires à progression rapide (Parkhill et al., ²⁰⁰⁰). De ce fait, le statut récessif de l’allèle 2 de l’IL1-Β + 3 953 qui pourrait conduire à une sécrétion accrue d’IL1-Β pourrait bien alors être un facteur de protection contre la parodontite à début précoce.

Cependant, d’autres études (^{tableau 2}) n’ont trouvé aucune association entre les polymorphismes à nucléotide unique ou composites et la maladie parodontale. Ces résultats divergents peuvent sans doute s’expliquer par la sélection des cas et la classification des diagnostics, les origines ethniques, les interactions gène-environnement et d’autres facteurs environnementaux qui sont inconnus ou qui n’ont pas été pris en compte dans l’étude (Scapoli et al., ²⁰¹⁰ ; Schulz et al., ²⁰¹¹). Il est clair que la parodontite est une expression polygénique plus qu’une maladie à gène unique et que cela doit être pris en considération dans les recherches futures.

Thérapie génique et/ou modulation génique pour le traitement de la maladie parodontale

La thérapie génique peut se définir comme étant la libération intentionnelle de gènes thérapeutiques pour remplacer un gène manquant, stimuler ou réprimer l’expression d’une cible pertinente. Malgré les progrès significatifs de la science génétique depuis 10 ans, la libération sécurisée de gènes reste un défi. Les gènes peuvent être transférés à l’hôte de trois manières différentes :

– in situ : des vecteurs sont injectés directement dans les tissus affectés ;

– ex vivo : des cellules sont prélevées sur l’hôte, incubées avec le vecteur, puis réinjectées à l’hôte ;

– in vivo : des vecteurs sont injectés dans le courant sanguin et vont se loger dans leurs cellules cibles.

Diverses stratégies ont été élaborées et font actuellement l’objet de recherches qui associent des vecteurs viraux, des vecteurs non viraux et des méthodes physiques de transfert de gènes (^{tableau 3}). À ce jour, les vecteurs viraux (rétroviraux, adénoviraux et vecteurs viraux adéno-associés) se sont montrés efficaces pour le transport de gènes à l’intérieur de cellules, mais le résultat final dépend d’une expression génique stable. Certaines thérapies nécessitent une administration répétée (Templeton et Lasic, ²⁰⁰⁰). La plupart des efforts réalisés dans les systèmes de libération de gènes sont orientés vers la réduction d’éventuels effets indésirables, comme c’est le cas avec les vecteurs viraux pour lesquels il peut se produire des phénomènes d’inflammation, d’immunogénicité et de réplication virale. Mais avant que des gènes puissent être transférés à l’hôte, la fonction spécifique du gène cible doit être identifiée. Une fois la fonction identifiée, le gène qui doit être transféré pourrait procurer différentes expressions :

– le suicide cellulaire : le gène transfecté induit la mort cellulaire (par exemple tumeurs et cellules cancéreuses) ;

– la surexpression : le gène transfecté augmente sa fonction (par exemple production pour les cyto­kines) ;

– la répression : le gène transfecté bloque l’expression de cibles spécifiques (par exemple protéines p53 du cycle cellulaire) ;

– le remplacement : le gène transfecté remplace un gène manquant ou déficient (par exemple mucoviscidose) (Templeton et Lasic, ²⁰⁰⁰).

Un défi majeur consiste en ce que le gène soit précisément introduit dans le génome et exprimé correctement, étant donné qu’il existe des mécanismes de répression qui bloquent l’expression génique.

Les deux approches ex vivo et in vivo sont possibles pour exprimer des gènes dans des cellules. La méthode ex vivo nécessite que les cellules soient totalement caractérisées et amplifiées par culture cellulaire, ce qui demande beaucoup d’efforts. Une fois que les cellules sont prêtes, la libération de gènes se fait selon l’une des méthodes exposées dans le ^{tableau 2} et la transfection doit être confirmée par la récupération des cellules. L’étape suivante est l’injection des cellules au patient. Il existe une autre possibilité, bien qu’elle soit délicate : le vecteur de gène est injecté directement dans le courant sanguin ou dans les tissus du patient. Cependant, de nombreux vecteurs pourraient être éliminés par le système immunitaire et, selon la méthode utilisée, l’expression du gène est transitoire ; de ce fait, cela nécessite des injections répétées. Il existe une combinaison dans laquelle les cellules de l’hôte sont cultivées in vitro durant une courte période pour permettre au vecteur de se lier, puis elles sont réinjectées au patient pour continuer la transduction génique. De façon plus récente, une technique visant à incorporer les vecteurs dans des matrices permettant de délivrer les gènes directement aux tissus affectés est en cours d’élaboration (Scheller et Krebsbach, ²⁰⁰⁹). Elle a été testée pour la régénération parodontale sur des modèles animaux et les résultats obtenus semblent extrêmement prometteurs (Rios et al., ²⁰¹¹).

En résumé, les stratégies de transfert de gènes sont délicates et la technique doit être soigneusement sélectionnée en fonction de chaque situation. Les vecteurs adénovirus sont bien connus et s’avèrent être un système de libération efficace mais transitoire (7-8 jours), par rapport aux vecteurs permettant une intégration stable des gènes mais pour lesquels le risque de mutagenèse est significatif.

Alors que l’utilisation de la thérapie génique est bien documentée pour des maladies telles que la mucoviscidose (Alexander et al., ²⁰⁰⁷), beaucoup moins d’essais se sont intéressés au développement de la parodontite. Peut-être parce que cette maladie est polygénique et qu’elle comporte de multiples facteurs étiopathogéniques.

Les premières études chez l’animal ont montré des résultats prometteurs. Chen et al. ont utilisé la libération de gènes reporteurs de la luci­férase en introduisant le plasmide par des vésicules lipidiques et des ultrasons directement à l’intérieur des tissus parodontaux chez le rat et ont trouvé une expression du gène dès le lendemain du traitement (Chen et al., ²⁰⁰⁹). Les ultrasons facilitent la pénétration des microvésicules plasmides/lipides à l’intérieur des cellules. Cela suggère que la transfection localisée des tissus parodontaux est possible. Rammamurthy et al. ont étudié les effets de l’arthrite sur les tissus parodontaux chez le rat (Rammamurthy et al., ²⁰⁰⁵). Une arthrite à adjuvant a été induite chez des rats lewis mâles en injectant la paroi cellulaire de Mycobacterium dans de l’adjuvant de Freund complet et, 3 semaines plus tard, ces auteurs ont pu observer des signes d’arthrite et d’inflammation gingivale, une perte osseuse et une hypermobilité dentaire. Chez les rats arthritiques non traités, les taux de gélatinase, collagénase, TNF-α et IL1-Β étaient également plus élevés par rapport à ceux des rats témoins. En revanche, le groupe traité avec l’injection de plasmide TIMP-4 a montré une amélioration des paramètres cliniques et de l’inflammation. Cirelli et al. ont utilisé un vecteur viral adéno-associé codant pour le gène de fusion p75-TNFR : Fc sur un modèle de rat (AAV2/1-TNFR : Fc) (Cirelli et al., ²⁰⁰⁹). La protéine qui en a résulté a bloqué l’activité de TNF-α et a empêché la perte osseuse lorsque les animaux étaient infectés avec Porphyromonas gingivalis par rapport aux animaux témoins.

Le défi le plus complexe de la thérapeutique parodontale est la régénération des défauts (tissu conjonctif et perte osseuse) créés par la parodontite. La libération locale de facteurs de croissance a montré des résultats positifs limités chez l’homme en raison des faibles taux thérapeutiques exprimés dans le temps. En utilisant un vecteur adéno-viral, un gène PDGF-A a été transféré dans des ostéoblastes et des fibroblastes gingivaux et parodontaux et a débouché sur une expression constante de gènes durant 7 jours et une augmentation de la prolifération cellulaire (Zhu et al., ²⁰⁰¹). Anusaksathien et al. ont utilisé un vecteur adéno-viral pour libérer des gènes PDGF-A et PDGF-B dans des fibroblastes gingivaux humains. Le transfert du gène PDGF-B a conduit à une repopulation cellulaire (4 fois supérieure) et à un comblement des défauts dans un modèle de collagène en 3D par rapport aux cellules témoins (Anusaksathien et al., ²⁰⁰³). Les résultats suggèrent que le transfert de gènes ex vivo dans des fibroblastes gingivaux humains pourrait être une solution pour la thérapeutique de régénération parodontale. Néanmoins, la même stratégie conduit à un retard de la minéralisation induite par les cémentoblastes lorsqu’il y a une exposition continue au PDGF-A in vivo (Anusaksathien et al., ²⁰⁰⁴). Ce résultat pourrait être le produit d’une surexpression de l’ostéopontine (OPN) à 3 semaines, de la dose de PDGF (platelet-derived growth factor) délivrée par le vecteur et d’une récupération au bout de 6 semaines. Bien que le PDGF soit nécessaire pour la néogenèse minérale, le dosage, le type cellulaire et l’exposition continue affectent la minéralisation induite par les cémentoblastes. Au cours d’autres recherches, l’exposition in vitro des cémentoblastes au PDGF durant 72 heures avant l’implantation n’a pas bloqué la minéralisation au bout de 6 semaines (Saygin et al., ²⁰⁰⁰) alors que les ostéoblastes traités avec du PDGF (stimulation in vitro) ont répondu avec une minéralisation accrue (Hsieh et Graves, ¹⁹⁹⁸). Cela suggère que toutes les cellules ne répondent pas de la même manière dans un temps et pour une dose donnés, ce qui doit être pris en considération.

Une trame faite de chitosan-collagène et imprégnée d’un vecteur adéno-viral codant pour le gène de la protéine morphogénétique osseuse 7 (BMP-7, bone morphogenetic protein-7), l’AdBMP-7, conduit à une plus grande formation d’os au bout de 3 mois lorsqu’on l’implante dans des défauts autour d’implants dentaires par rapport aux tuteurs témoins. De plus, la production d’ostéopontine, de sialoprotéine osseuse et l’activité de la phosphatase alcaline sont également augmentées (Zhang et al., ²⁰⁰⁷ ; Chang et al., ²⁰¹⁰). La transfection de cellules du ligament parodontal humain avec un vecteur adéno-viral contenant de la BMP-7 et de l’insulin-like growth factor 1 (IGF-1 cDNA) conduit à une augmentation de l’activité de l’activité de la phosphatase alcaline et de la formation in vivo d’un tissu ressemblant à de l’os (Yang et al., ²⁰¹⁰). Une étude récente montre un effet synergistique sur la formation osseuse lorsque l’AdBMP-7 est libérée en association avec un vecteur adéno-viral codant pour la protéine LIM domain proteine-3 (AdLMP-3) dans des cellules du ligament parodontal (Lin et al., ²⁰¹³). Cet effet combinant a également été observé avec les protéines BMP-2 et BMP-7. Les cellules transfectées avec le gène AdBMP-2/7 permettent d’obtenir une quantité d’os régé­néré significativement plus importante dans des défauts sévères de l’os crânien de souris qu’avec l’AdBMP-2 et l’AdBMP-7 (Koh et al., ²⁰⁰⁸).

Micro ARN (miARN)

Découverts en 1993, les miARN se définissent comme étant de petites molécules d’ARN non codantes comprenant jusqu’à 20-25 nucléotides en longueur (Lee et al., ¹⁹⁹³). Leur fonction dérive du processus au sein duquel elles sont produites. Tout d’abord, un transcrit primaire (pri-miARN) est synthétisé dans le noyau par une ARN-polymérase II, ce qui conduit à une longue molécule d’ARN (de 100 à 1 000 nucléotides). Une série d’événements prennent place à l’intérieur du noyau jusqu’à ce qu’ils forment une molécule en épingle à cheveux appelée pré-miARN de longueur réduite (de 70 à 100 nucléotides). Le pré-miARN est ensuite transporté jusqu’au cyto­plasme où il est clivé en une molécule à 18-25 nucléotides. La transformation se poursuit jusqu’à ce que le double brin d’ARN soit clivé et séparé, ce qui conduit à un miARN mature qui devient alors actif. Le miARN récemment formé se lie à la région 3’ non transcrite (UTR, untranslated region) de l’ARN messager (ARNm) et peut ainsi agir en bloquant le ­processus de translation des protéines ou en induisant la dégradation du complexe double brin miARN/ARNm. Ce dernier mécanisme est véhiculé par le RNA-induced silencing complex (RISC) (Hutvagner et Zamore, ²⁰⁰² ; Bohnsack et al., ²⁰⁰⁴ ; Landthaler et al., ²⁰⁰⁴ ; Rushworth ²⁰¹¹). Il en découle que le miARN peut réguler l’expression de gènes impliqués dans la prolifération, la différenciation, la synthèse des protéines et l’apoptose (Carthew, ²⁰⁰⁶).

La voie du facteur nucléaire κB (NF-κB, nuclear factor kappa B) est impliquée dans la production de cyto­kines pro-inflammatoires et est régulée par les miARN. Le miR-146a est l’un des miARN le plus étudié et a été associé à la parodontite dans des modèles animaux et in vitro (Nahid et al., ²⁰¹¹). D’autres miARN, tels que miR-155, miR-21 et miR-126, ont également montré qu’ils pouvaient contribuer à l’inflammation (Urbich et al., ²⁰⁰⁸). Les miR-146 et miR-155 induisent l’expression de l’IL1, du TNF-α et des toll like receptors (TLR) ; ils ont été associés à des maladies inflammatoires telles que l’arthrite (Sheedy et O’Neill, ²⁰⁰⁸), la sénescence des neutrophiles (Ward et al., ²⁰¹¹) et, depuis peu, la parodontite (Xie et al., ²⁰¹¹). Une étude a trouvé que les miARN étroitement impliqués dans l’inflammation sont surexprimés dans les tissus atteints de parodontite chez l’homme par rapport aux échantillons sains (Lee et al., ²⁰¹¹). Perri et al. ont trouvé que 11 miARN (miR-15a, miR-18a, miR-22, miR-30d, miR-30e, miR-103, miR-106b, miR-130a, miR-142-3p, miR-185 et miR-210) sont surexprimés de façon significative dans les tissus gingivaux provenant de sujets obèses atteints de parodontite par rapport aux témoins (Perri et al., ²⁰¹²). Il est encore plus intéressant de noter que 69 des cibles prévues correspondent à l’ARNm de cytokines, de chémokines, de collagènes et de régulateurs de gènes du métabolisme du glucose et des lipides.

P. gingivalis est capable de survivre à l’intérieur de cellules épithéliales de la gencive par la surexpression de miARN, ce qui conduit à une alté­ration du cycle cellulaire et de la capa­cité à produire des cytokines. Le ­miRNA-203 montre une augmentation 4 fois supérieure et une réduc­tion de l’ARNm de ses cibles potentielles, SOCS3 et SOCS6 (suppressor of cytokine signaling 3 and 6), dans des cellules épithéliales de la gencive infectée par P. gingivalis par rapport à celle des témoins. L’inhibition du miARN-203 par un petit ARN interférant (siARN) a inversé la faible expression de l’ARNm pour SOCS3 et SOCS6. Cela suggère que la surexpression des miARN induite par les pathogènes parodontaux module des processus importants de signalisation cellulaire (Moffat et Lamont, ²⁰¹¹).

Ces découvertes suggèrent que les fonctions des miARN pourraient être utilisées à des fins thérapeutiques. L’une des utilisations possibles est la production d’un oligonucléotide synthétique qui restaure la fonction perdue (imitations du miARN) ou, au contraire, qui bloque la fonction du miARN endogène (antagonisme ; anti-mRs). Des études animales portant sur l’asthme allergique et la rhinite ont apporté la preuve du concept tandis que des études préliminaires chez l’homme montrent des résultats prometteurs (Maes et al., ²⁰¹¹). Cela est pertinent étant donné que les maladies respiratoires d’origine allergique sont caractérisées par une réaction inflammatoire de type Th-2, un type de réponse immune qui a été associé avec le développement de la parodontite par certains chercheurs (Bártová et al., ²⁰⁰⁰ ; Gemmel et al., ²⁰⁰² ; De Heens et al., ²⁰⁰⁹). Une autre stratégie consiste à utiliser des vecteurs viraux codant pour des cibles de miARN spécifiques et rendant ainsi silencieuse l’expression du gène (Brown et Naldini, ²⁰⁰⁹). L’avantage d’utiliser des cassettes de vecteurs viraux est qu’elles peuvent être dirigées vers différents types cellulaires ou, à l’inverse, les protéger.

Il existe un autre type de gène régulant les molécules : ce sont de petits ARN interférant (siARN). Les siARN sont des doubles brins exogènes d’ARN de 20 à 25 nucléotides de long qui, une fois à l’intérieur de la cellule, sont traités de la même manière que les miARN. Les miARN matures sont similaires aux siARN exogènes et partagent la même machinerie de transformation (dicer) résultant en un seul brin d’ARN qui peut être intégré à l’intérieur du RISC. Le complexe RISC-siARN se lie à l’ARNm complémentaire et met ainsi sous silence le gène cible respectif. En résumé, il est possible de produire des siARN synthétiques basés sur la séquence de l’ARNm correspondant au gène intéressé. Le siARN est ensuite libéré dans la cellule par des vecteurs. Les siARN ont été utilisés dans des expérimentations cellulaires in vitro.

Les neutrophiles isolés chez des patients atteints de parodontite agressive localisée ont montré qu’ils pouvaient avoir une expression réduite en ARNm et en kinase phospho-inositide dépendante (PDK1, phosphoinositide-dependent kinase) qui est essentielle pour le chimiotactisme. Les cellules HL-60 différenciées en cellules ressemblant à des neutrophiles et transfectées avec un siARN-PDK1 présentent un chimiotactisme réduit. Il est intéressant de noter que la génération de superoxyde n’est pas affectée par ce siARN (Yagi et al., 2008).

L’infection parodontale provoque une inflammation à travers les modifications qui se produisent dans la vascularisation. Les cellules endothéliales stimulées avec des antigènes de P. gingivalis conduisent à une expression accrue du facteur 1 de réponse à la croissance précoce (Egr-1, early growth response transcription factor 1) qui coïncide avec la production de la protéine chémo-attractante de monocytes 1 (MCP, monocyte chemoattractant protein-1). La transfection de siARN dirigée contre Egr-1 réprime la production de MCP-1, entraînant de ce fait une réduction de la réponse inflammatoire (Maekawa et al., ²⁰¹⁰).

La mise sous silence de la protéine activée par un mitogène (MK2, mitogen-activated protein kinase­activated protein kinase 2) avec un siARN, conduit à moins d’inflammation parodontale et de perte osseuse chez des rats atteints de parodontite induite par le lipopolysaccharide. MK2, substrat en aval, est une cible des protéines activées par la MAPK (mitogen-activated protein kinase) p38, qui est essentielle pour la signalisation immunitaire et pour la production de cytokines (Li et al., ²⁰¹¹). Le blocage des voies de signalisation cellulaire par une interférence pourrait être une cible thérapeutique possible dans le traitement de la parodontite (Kim et al., ²⁰⁰⁹ ; Park et al., ²⁰¹⁰ ; Kim et al., ²⁰¹⁰ ; Pi et al., ²⁰¹⁰).

Cependant, les limites de l’utilisation de ces thérapies se situent dans la libération sécurisée de ces agents à l’intérieur de cellules cibles strictement sélectionnées. Une libération non sélective peut entraîner des effets indésirables et une toxicité pour le patient.

Conclusion

Les études précliniques dont nous avons discuté ont apporté la preuve de principe de la thérapie génique appliquée au domaine de la parodontologie. Cependant, l’idée d’une thérapie génique ciblée est encore trop imprécise pour la prévention ou le traitement de la maladie parodontale. La nature polygénique et l’interaction de différents facteurs dans la pathogenèse de la maladie parodontale compliquent l’identification des gènes clés qui pourraient être visés, avec des résultats correspondant prévisibles.

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