Glycogen storage disease type 1a: from physiopathology to liver gene therapy – GSD1

Nous disposons de 3 lignées de souris transgéniques permettant l’étude de la pathologie dans
chacun des tissus producteurs de glucose : le foie, le rein et l’intestin.
Le développement des différentes pathologies (tumeurs hépatiques, insuffisance rénale et
inflammations intestinales) sera analysé au cours du temps, chez des souris nourries en
régime standard, ou enrichi en différents sucres ou graisses.
Une analyse moléculaire des différentes étapes du développement de la pathologie sera
réalisée pour identifier les voies qui pourront être modulées par des approches
thérapeutiques.
Au niveau de la thérapie génique, nous développons de nouveaux virus (dérivés des
lentivirus) qui exprimeront la protéine déficiente spécifiquement au niveau du foie. L’efficacité
et l’innocuité de ces virus seront testées dans notre modèle de souris. L’objectif est de guérir
le maximum de cellules du foie pour éviter le développement des tumeurs.

-Depuis le démarrage du projet, nous avons organisé le premier congrès international sur les
glycogénoses qui a permis de réunir les plus grands spécialistes de ces pathologies et les 7
associations internationales de patients. Ce congrès a eu lieu à Lyon du 4 au 6 avril 2012 et a
été organisé en partenariat avec l’Association francophone des glycogénoses (AFG). Nombre
de participants : 100.
Le deuxième congrès international a été annoncé et aura lieu à Heidelberg du 28 au 30 nov
2013.
-Lancement de l’analyse de plusieurs groupes de souris nourries sous différents régimes,
riches en sucres rapides ou en graisses. Analyse du foie par imagerie à résonnance
magnétique IRM.
-Caractérisation des différentes étapes de la pathologie rénale.
-Clonage et purification des virus avant injection aux souris (prévu en octobre).

Les premiers résultats sur les effets des différents nutriments sur le développement des
tumeurs ne sont pas attendus avant 12 à 18 mois car le développement des tumeurs est
détectable entre 9 et 18 mois chez la souris. L’analyse de l’insuffisance rénale se fera aussi
tout au long de la vie des souris, c’est à dire sur une période de 2 ans.

Tous les partenaires ont été impliqués dans le programme scientifique du congrès
international sur les glycogénoses.
-Introduction sur les glycogénoses : Prof. GPA Smit (Pays-Bas)
- Pathologie rénale des glycogénoses : Prof. GPA Smit (Pays-Bas)
-Perturbation du métabolisme du glucose dans les glycogénoses : Dr. DJ. Reijngoud (Pays-
Bas)
-Thérapie génique du foie dans un modèle de Crigler-Najjar : Dr. N. Ferry (Paris)
-Fibrose et cancer des glycogénoses de type 1 et 3 : Prof. P. Labrune (Paris)
-Classification des tumeurs hépatiques : Prof. J. Zucman-Rossi (Paris)
+ 4 présentations sélectionnées orales ou affichées.

Patients with liver-related glycogen storage diseases type 1 (GSD1) suffer from life-threatening hypoglycaemia, when left untreated. When treated by an appropriate dieting, patients’ life expectancy improves considerably. Irrespective of current nutritional treatment, however, patients develop major and severe complications, such as liver cancer, end-stage renal failure and severe hyperlipidemia. Until now, the molecular mechanisms involved in these pathologies are poorly understood and available animal models do not survive after weaning. From the retrospective European study in GSD1, we learned that metabolic control appears to be essential to diminish these complications, however by mechanisms still unknown. To gain further insights into the molecular mechanisms of the disease and to evaluate potential treatment strategies, we have recently developed novel mouse models in which the catalytic subunit of glucose-6 phosphatase gene (G6pc) can be deleted specifically and conditionally in each glucose-producing organ. In contrast to total G6pc knockout mice, tissue-specific G6pc deficiency allows mice to maintain their blood glucose by induction of glucose production in the other gluconeogenic organs. Although glucose is considered mainly produced from the liver, liver G6pc-/- mice are perfectly viable and exhibit the same hepatic pathological features as GSD1 patients, including the late development of hepatocellular adenomas and pre-carcinomas (Mutel et al., J. Hepatol., 2011).
In this project, the overall aim will be to improve the strategies of treatment on both a nutritional and pharmacological point of view and to identify new means to treat liver, kidney, intestine and metabolic complications. For that, we first propose to decipher the molecular mechanisms underlying the long-term development of the GSD1 pathology, particularly the development of hepatic, renal and intestinal dysfunctions. Since the liver is well suited for gene transfer, the second goal is to test the efficiency and harmlessness of gene therapy in the liver, using new recombinant viral vectors.
Molecular studies will be performed to characterize the pathways involved in the development of hepatic tumours in liver G6pc-/- mice. These mice will be fed on different diets to evaluate the impact of different nutrients on the development of tumours. This will allow us studying the relationship with metabolic perturbations in the liver. The characterization of biomarkers of the processes underlying renal complications will be realized in renal G6pc-/- mice studied for more than 18 months. In the same way, long-term complications of intestinal G6pc-/- will be analyzed. The liver G6pc-/- mouse model constitutes also a powerful tool to test the efficiency and safety of recombinant adeno-associated virus (AAV) and lentivirus. Glucose homeostasis, liver pathophysiology and hepatic tumour development will be analyzed in treated mice. The first trials of liver therapy were very promising and showed allow fast progress towards a new therapy of GSD1.
This project will provide a better understanding of the development of hepatocellular adenomas and their possible transformation in carcinomas. The study of the liver pathology in liver G6pc-/- mice will permit to establish the link between specific liver metabolic deregulations in GSD1 and the development of liver tumours. This program will also enable us to provide a description of the mechanisms implicated in kidney and intestinal diseases. The outcome of these studies will be translated into new therapeutic dietary and pharmacological measures, and new promising therapeutic options, such as gene therapy, allowing us to strongly improve the long-term outcome and, thereby, the quality of life of GSD1 patients.