Comment l’ARN va changer nos vies

Révolution. À l’étude depuis des décennies, la technologie de l’ARN messager, à qui l’on doit les premiers vaccins anti-Covid, promet de tout guérir, ou presque. Récit d’une formidable découverte.

ARN messager : retenez bien ce nom. Grâce à cette nouvelle rock star moléculaire, on vient de mettre au point des vaccins permettant, peut-être, de terrasser ce coronavirus ravageur. Même le spectre des nouveaux variants du virus, anglais, sud-africain et brésilien, ne fait pas peur à ces vaccins à ARN messager susceptibles de s’adapter à chacun d’eux. Une révolution de la vaccination a commencé. Pas seulement contre le coronavirus mais également, pourquoi pas, contre des tas de microbes, véritables tueurs en série pour certains. Cerise sur le gâteau, l’ARN promet à terme de soigner une kyrielle de maladies, comme la mucoviscidose, les cancers et même les maladies neurodégénératives! Comme surgi de nulle part, l’ARN messager aurait le pouvoir de tout guérir… Abracadabra ? En réalité, avec la pandémie, l’ARN messager a piqué un sprint final digne d’Usain Bolt, à la fin d’une course engagée depuis des décennies. Autant de raisons de vous dévoiler l’épopée de ces piqûres pas tout à fait comme les autres.

À bien y regarder, cela sent la revanche magistrale. Celle d’une lignée de scientifiques dont le flair et surtout l’obstination ont conduit au triomphe d’une technologie sur laquelle personne ne voulait miser. Mais aussi la revanche de l’ARN sur son grand frère, l’ADN ! Le premier, l’acide ribonucléique, baignant dans le liquide cellulaire, et le second, l’acide désoxyribonucléique, le fameux « support de l’hérédité », « grimoire du vivant », ultraprotégé dans le noyau des cellules. L’ARN n’était pourtant personne, jusqu’à ce que l’on découvre au début des années 1960 son existence et son rôle clé dans l’organisme. Et qu’apprend-on ? Que sans lui, l’ADN ne ferait pas grand-chose ! C’est bien l’ARN, transcrit dans le noyau des cellules, qui en sort pour ne plus jamais y revenir, emportant avec lui une copie du code génétique porté par son grand frère. Son objectif ? Transmettre le message à nos cellules, d’où son nom d’ARN messager, ARNm pour les intimes. L’original reste sous scellé et le duplicata, traduit dans une langue accessible à la machinerie cellulaire, met cette dernière au boulot. Les usines à protéines, les ribosomes, traduisent ainsi le message intelligible porté par l’ARNm en composants cruciaux à la bonne marche de nos cellules: les protéines. Dans la grande mécanique du vivant, « l’ARN a longtemps été le parent pauvre de la biologie », explique Franck Martin, chercheur dans l’unité Architecture et réactivité de l’ARN de l’Institut de biologie moléculaire et cellulaire de Strasbourg (CNRS). Et pas seulement parce que l’ADN prenait toute la lumière. « Mais aussi à cause de sa fragilité. Il se dégrade facilement, contrairement à l’ADN », précise ce spécialiste de l’ARN viral.

Pourtant, les biologistes comme Franck Martin qui, malgré les difficultés de manipulation, s’intéressent à cette molécule savent « depuis plus de vingt ans qu’elle est très flexible, contrairement à l’ADN, qui, lui, est inerte. C’est pour cela que l’évolution a choisi l’ADN pour stocker l’information génétique, parce qu’il ne bouge pas physiquement, alors que l’ARNm est une molécule qui évolue et peut faire plein de choses ».

Nouvelle rock star. Ceux qui ont misé sur les vaccins de toute dernière génération l’ont bien saisi. Avec les méthodes classiques, on injecte au choix des virus entiers, inactivés ou tués, de simples fragments viraux, ou encore un bout du génome du pathogène intégré dans un autre virus inoffensif pour éduquer le système immunitaire. Avec cette technologie ARNm étrennée par Pfizer-BioNTech ou Moderna, l’ingéniosité est de mettre nos cellules à contribution pour qu’elles fassent tout le travail. Comment? En leur fournissant le précieux plan de construction des protéines virales capables de déclencher une bonne immunité : pour le Sars-Cov2, il s’agit des fameuses protéines Spike, présentes à sa surface. Et, vous l’aurez compris, ce précieux plan est gravé sur de l’ARNm. Plus précisément, dans le vaccin, quelques dizaines de microgrammes d’ARNm codant pour la protéine Spike sont enveloppés dans des bulles de lipides pour leur permettre d’atteindre la membrane des cellules musculaires et de s’y introduire sans encombre. La machinerie cellulaire se met en branle. Des ribosomes lisent le message contenu sur l’ARNm, des protéines virales se constituent et apparaissent à la surface des cellules. L’organisme flaire le « danger » et déclenche une réponse immunitaire qu’il

■

gardera en mémoire pour ses défenses futures.

Décrit ainsi, tout semble tomber sous le sens. Pourtant, quel parcours du combattant avant d’en arriver là ! « Je savais que les vaccins à ARN étaient une technique en maturation qui allait exploser, mais on m’a souvent rétorqué que c’était surtout une technique en végétation », s’amuse Bruno Pitard, pionnier de l’ARN et directeur de recherche au Centre de recherche en cancérologie et immunologie Nantes-Angers. Cette dernière décennie, il y avait eu de nombreuses tentatives de vacciner avec de l’ARNm, y compris chez l’homme, mais elles restaient bloquées à des essais cliniques de phase I ou II. « Cette pandémie a fait naître des opportunités inespérées pour des sociétés de biotechnologies qui avaient obstinément continué à miser sur l’ARN alors que les grandes firmes, elles, s’étaient retirées », poursuit le chercheur.

Parmi ceux qui ont jeté l’éponge, on retrouve le groupe Pasteur sérums et vaccins, ancêtre de Sanofi Pasteur, avec l’histoire de son incroyable première rencontre ratée en 1993. À l’époque, un jeune thésard de l’Inserm, Frédéric Martinon, s’allie à des chimistes de Pasteur pour mettre au point le premier vaccin à base d’ARNm au monde. En l’occurrence, un vaccin contre la grippe administré à des souris. « C’était le début des années 1990, le sida était en plein essor, et on commençait à comprendre que fabriquer un vaccin nécessiterait de trouver le moyen de faire produire des anticorps à l’intérieur des cellules infectées. C’est aussi une grande époque pour la thérapie génique, où l’on injecte de l’ADN dans des cellules pour leur faire exprimer des gènes », explique-t-il. Sauf que les premiers essais de thérapie échouent car les injections d’ADN provoquent une réaction de défense de l’organisme. C’est précisément cette réaction immunitaire « indésirable » qui retient l’attention des immunologistes et ouvre la voie aux vaccins à base de matériel génétique. Martinon opte pour l’ARNm. « On craignait que l’injection d’ADN provoque des modifications dans le génome des organismes traités », reprend le chercheur à l’Inserm (division d’immunologie-virologie, CEA de Fontenay-aux-Roses). Il aura donc fallu que se conjuguent une manifestation immunologique intempestive et un début de méfiance envers l’ADN pour que, enfin, notre nouvelle rock star, l’ARNm, entre en scène. « On était trop en avance sur notre temps, analyse, avec le recul, Frédéric Martinon. L’intuition était bonne, mais notre vaccin ne marchait qu’une fois sur deux, sans que l’on sache pourquoi. Alors nous avons laissé tomber. »

Snobé. En 2011, deuxième chance. Sanofi Pasteur obtient, comme beaucoup d’autres laboratoires, un financement de la Darpa, la division de recherche de l’armée américaine, pour développer des vaccins à ARN messager et contrer la menace de maladies émergentes. Le géant Sanofi s’associe notamment à une petite start-up française, In-Cell-Art. « Nous l’avions fondée avec le Prix Nobel de chimie Jean-Marie Lehn, et nous commencions à avoir des résultats très intéressants », se souvient Bruno Pitard. Pourtant, après cinq années de recherche, le groupe français enterre l’ARNm pour se concentrer sur d’autres stratégies vaccinales. Tentant aujourd’hui de remonter dans un train dont il s’est auto-éjecté à deux reprises, Sanofi a récemment an

noncé qu’il travaillait, en plus de ses vaccins classiques contre le Covid-19, sur des vaccins à ARNm en s’appuyant sur une start-up américaine, Translate Bio. « Cela fait pourtant vingt ans qu’on dit que c’est la vaccination de demain. Mais l’industrie pharmaceutique est très conservatrice, elle n’aime pas beaucoup le risque. Concernant l’ARNm, elle avait juste passé les doigts sous l’eau pour voir si elle était chaude ou tiède… C’était trop innovant pour les grands groupes ; la preuve, ce sont les biotechs qui ont continué », analyse Bruno Pitard. Ainsi, en janvier 2020, alors que la menace d’un nouveau coronavirus se précise, il n’y a plus que des sociétés de biotechnologies en mesure de peser, avec en tête l’américain Moderna et les deux allemands BioNTech et CureVac. Les deux premiers ont déjà remporté la course quand le troisième y travaille encore d’arrache-pied (voir infographie page suivante).

Si les grands laboratoires ont snobé l’ARNm, c’est non seulement parce qu’on lui reproche d’être fragile et de provoquer des réactions inflammatoires importantes, mais aussi et surtout parce qu’il est trop rapidement détruit une fois dans les cellules pour avoir le temps de faire ce qu’on attend de lui. «J’y croyais précisément parce que sa présence dans la cellule était transitoire », se souvient Steve Pascolo, qui travaille déjà sur le sujet à la fin des années 1990, avant de cofonder CureVac en 2000 et d’en devenir le chef scientifique jusqu’en 2006. Pour l’anecdote, Steve Pascolo a été le premier humain à s’injecter de l’ARN messager, en l’occurrence celui d’une molécule à l’origine de la lumière émise par les lucioles. « Je voulais vérifier que cet ARN serait pris en charge par les cellules de peau humaine, comme il l’était dans la peau de nos souris de laboratoire », précise le chercheur, qui n’a, précisons-le, rien d’un savant fou. Si beaucoup de monde s’est arrêté à ses défauts, Steve Pascolo, aujourd’hui chercheur à l’hôpital universitaire de Zurich, n’a plus jamais pensé qu’à travers sa grande qualité : la sécurité ! « L’ARNm injecté disparaît en quelques heures, il n’y a rien de moins dangereux. C’est moins périlleux que de prendre sa voiture pour faire 2 kilomètres », s’amuse-t-il.

C’est également cette fugacité de l’ARNm dans l’organisme qui capte toute l’attention d’une chercheuse d’origine hongroise. Katalin Kariko (voir l’interview p. 58), basée à l’université de Pennsylvanie. En 1998, avec un collègue de son campus, Drew Weissman, issu du laboratoire d’Anthony Fauci, le «Monsieur Covid-19 » des États-Unis, ils s’ingénient à mettre au point une méthode qui laisse le temps à l’ARN d’agir sans provoquer une inflammation destructrice. Dans leur viseur, des thérapies contre le cancer et pas vraiment de vaccins contre les maladies infectieuses. « Katalin Kariko cherchait à comprendre comment faire pour que l’ARNm puisse échapper en partie aux récepteurs de danger présents dans les cellules (TLR) pour éviter

■

« C’était trop innovant pour les grands groupes ; la preuve, ce sont les biotechs qui ont continué. » Bruno Pitard

■■■ une réaction inflammatoire trop importante, mais sans la faire disparaître totalement, car sans inflammation, pas de réaction immunitaire», explique Jean-Luc Imler, directeur de l’IBMC, professeur à l’université de Strasbourg (CNRS). C’est ainsi qu’avec Drew Weissman, elle modifie l’une des quatre lettres que comporte le code génétique de l’ARNm, en l’occurrence le U. Objectif : qu’il ne soit plus reconnu par les récepteurs de danger dans la cellule et qu’il puisse agir avant d’être mis hors service. « Un peu comme un déguisement, mais pas trop voyant, et qui évite d’avoir recours à des adjuvants pour provoquer l’inflammation », continue Imler.

Pépite. Cette technique de « déguisement » est l’une des pierres angulaires des futurs vaccins à ARNm. Leur trouvaille est publiée dès 2005. Mais elle est considérée alors comme une pépite parmi d’autres, faisant l’objet d’un brevet déposé par l’université de Pennsylvanie, avec Kariko et Weissman cités comme auteurs. Le duo peaufine son invention, attirant peu à peu l’oeil d’une poignée de scientifiques et d’envieux. En 2010, les deux inventeurs tentent de racheter leur bébé à l’université. Problème, Gary Dahl, qui dirige la société de biotech Epicentre (aujourd’hui Cellscript), a flairé le filon et remporte le brevet au détriment du binôme de Pennsylvanie. Un autre scientifique, Derrick Rossi, qui travaillait à Stanford sur les cellules souches, avait lui aussi vu le potentiel hallucinant de leur méthode. Il ne tardera d’ailleurs pas à cofonder, toujours en 2010, une société de biotechnologies, Moderna. Si les rouleaux compresseurs de cette dernière et de l’allemande BioNTech ont pu se mettre en marche, c’est bien grâce au travail de Katalin Kariko et Drew Weissman.

Ironie de l’histoire, en 2013, Katalin Kariko rejoint l’allemande BioNTech. Quand on connaît sa personnalité passionnée par la recherche, on comprend pourquoi elle a été séduite par le brillant duo de médecins-chercheurs d’origine turque à sa tête, Ozlem Tureci et son mari, Ugur Sahin. Ce dernier est un « pur génie », si l’on résume tout le bien que pense de lui Steve Pascolo. « Si vous faites de l’ARNm, le premier sur la planète avec qui vous voulez travailler, c’est Ugur Sahin. » Pour les sociétés comme CureVac, qui ne se sont pas payé le luxe d’une licence Cellscript, le défi est de mettre au point un vaccin avec sa propre technologie. Sachant que, depuis le début de l’année, la petite pousse CureVac peut, elle, s’appuyer sur un géant, l’allemand Bayer. De quoi lui permettre d’honorer son contrat de précommande de doses avec l’Europe. Pour Steve Pascolo, ces trois biotechs pionnières de l’ARNm ont des profils tout à fait différents. « BioNTech est une compagnie horizontale, construite sur la médecine. Ugur Sahin et Ozlem Tureci sont des médecins, ils ont des patients à traiter, il leur faut des solutions qu’ils développent eux-mêmes, allant de la thérapie génique à l’ARNm. Quant à CureVac, c’est une société construite sur la science, sur la recherche, elle vise à optimiser la technologie, les scientifiques qui y travaillent publient. Moderna, au départ, est une société basée sur l’argent ! » détaille Steve Pascolo.

Tout est-il dû pour autant à la technologie développée par Kariko et les autres ? Évidemment, non. « C’est un long continuum. Ces dernières décennies, grâce aux sociétés de biotech, il y a eu énormément de progrès depuis la synthèse des premiers lipides, en passant par des améliorations dans la synthèse et le transport des ARNm », décrit Bruno Pitard. 2021 et la pandémie de coronavirus ont lancé la révolution des vaccins. « Les plateformes de nouvelle génération sont mieux adaptées au développement d’un vaccin contre un agent pathogène en phase pandémique, elles permettent d’aller plus vite et de relancer un vaccin rapidement en cas d’apparition de variants», indique le Pr Jean-Daniel Lelièvre, chef du service des maladies infectieuses de l’hôpital Henri-Mondor, à Créteil. « Il suffit de changer quelques nucléotides dans la séquence, et roule ma poule ! » abrège Bruno Pitard. Vontils pour autant prendre le pas sur les autres types de

vaccins ? Pour le Pr Lelièvre, les choses sont claires : « Quand on a des vaccins efficaces et faciles à élaborer, on ne va pas les remplacer. »

Et pour toutes les autres maladies ? Avec des modifications précises, l’ARNm synthétique pourrait transformer, une fois injecté, n’importe quelles cellules de l’organisme en usine à médicaments. « Pour chaque problème, en théorie, on peut se tourner vers l’ARNm, les possibilités sont infinies », s’enthousiasme Steve Pascolo. Au moment où l’ARNm sort de l’ombre, il croise l’autre rock star de la biotechnologie, CrisprCas9, des ciseaux moléculaires découverts par l’Américaine Jennifer Doudna et la Française Emmanuelle Charpentier, tout juste nobelisées. De quoi accomplir des miracles dans nos cellules malades et ciseler l’ADN avec plus de facilité que jamais ?

Efficacité transitoire. Pour Bruno Pitard, les choses sont loin d’être si évidentes : « Dire qu’on va tout soigner grâce à l’ARNm, les cancers, les maladies neurodégénératives, le rhume de ma grand-mère, de mon chat, ce n’est pas le cas. Prenez la myopathie de Duchenne, c’est une maladie des muscles. Les muscles représentent 40 % de la masse corporelle. Or, il faut tous les traiter. C’est non seulement très complexe, mais en plus il faudrait traiter en permanence, alors que l’ARNm a une efficacité transitoire », prévient le chercheur. De la même manière, une personne hémophile a besoin de facteurs de coagulation toute sa vie, tout comme une personne diabétique ayant besoin d’insuline. On en est loin !

Les premiers vaccins anti-Covid n’étaient même pas encore autorisés que déjà des voix s’élevaient sur les réseaux sociaux pour « lancer l’alerte ». À les lire, Big Pharma allait nous vendre un poison vite fait mal fait, pourvu de puces électroniques pour tous nous surveiller, ou encore modifier notre génome afin de nous transformer en véritable OGM. « Si l’on connaît un tant soit peu la biologie moléculaire, on sait que c’est une notion ridicule, et pourtant elle a du succès sur les réseaux sociaux », regretteRichardBreathnach.Enseignant-chercheur en biologie moléculaire à l’université de Nantes, tout frais retraité, il a travaillé sur l’ARN messager dès le début de sa carrière. Non, un vaccin à ARN messager ne peut pas modifier notre génome ! Et, pour s’en convaincre, nous l’avons écouté nous conter une histoire toute simple. « Vous prenez un bon vieux livre en papier, lui, c’est l’ADN, et puis vous lisez un chapitre à voix haute . Les paroles qui sortent de votre bouche, c’est l’ARN messager. Si quelqu’un entend vos paroles, il reçoit le message, mais, une fois entendues, ces paroles disparaissent et en aucun cas les paroles prononcées ne changeront le texte de votre livre en papier. »

Une autre explication, celle de Bruno Pitard, a de quoi séduire ceux qui préfèrent l’agriculture à la littérature : « Quand vous mangez une salade de carottes crues, vous savez que les cellules de carotte sont aussi constituées d’ADN et d’ARNm. Ce n’est pas pour autant que l’ADN ou l’ARNm de carotte rentre dans vos cellules épithéliales intestinales. Il ne vous pousse pas des fanes de carottes sur la tête ! »

« Pour chaque problème, en théorie, on peut se tourner vers l’ARNm, les possibilités sont infinies. » Steve Pascolo