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OFFICE PARLEMENTAIRE D'ÉVALUATION DES CHOIX SCIENTIFIQUES ET TECHNOLOGIQUES ________________________ RAPPORT sur Les recherches sur le fonctionnement des cellules humaines Par M. Alain CLAEYS, Député
_______________________________________________________________________ Composition de l'Office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et technologiques Président M. Henri REVOL Premier Vice-Président M. Claude BIRRAUX Vice-Présidents M. Claude GATIGNOL, député M. Jean-Claude ÉTIENNE, sénateur M. Pierre LASBORDES, député M. Pierre LAFFITTE, sénateur M. Jean-Yves LE DÉAUT, député M. Claude SAUNIER, sénateur
SOMMAIRE Première partie : Où en est la « révolution » génomique ? 1313 1 - Les fonctions des gènes ne sont pas élucidées 1616 2 - Le concept d'épigénétique 1717 Deuxième partie : la cellule est l'unité élémentaire de la vie 2323 Troisième partie : les cellules souches représentent un enjeu majeur de la biologie 2929 1 - Les cellules souches totipotentes 3030 2 - Les cellules souches pluripotentes 3030 1 - L'existence des cellules souches adultes 3131 2 - La difficulté d'identifier et de caractériser les cellules souches adultes 3232 1 - Présentation des cellules souches embryonnaires 4141 2 - Les caractéristiques des cellules souches embryonnaires 4343 3 - L'obtention des cellules souches embryonnaires 4444 4 - Les problèmes de la culture des cellules souches embryonnaires 4444 a - Guérir tout de suite grâce aux cellules souches 4646 b - L'obligation de donner des perspectives à court terme à la recherche 4848 c - L'opposition cellules souches adultes/cellules souches embryonnaires 4949 d - La tumorigénécité des cellules souches embryonnaires 5151 a - Les applications déjà existantes de la thérapie cellulaire 5353 b - L'ouverture d'autres voies de recherche 5454 c - Mêler les approches de la thérapie cellulaire et de la thérapie génique 5757 b - La technique de la transposition nucléaire chez l'homme et ses perspectives 6262 c - Les perspectives de cette technique 6464 d - Les tentatives pour obtenir des cellules souches embryonnaires humaines sans devoir détruire le blastocyste. 6868 e - La transposition nucléaire est tout à fait différente du clonage reproductif. 7171 Quatrième partie : une recherche à poursuivre absolument 7575 a - Les principales voies à explorer 7676 b - Les liens possibles entre cellules souches et cancer 7676 1 - Le problème posé par l'article 18 de la Convention du Conseil de l'Europe sur les droits de l'Homme et la biomédecine dite Convention d'Oviedo 8080 a - Le principe de l'interdiction de la recherche sur l'embryon, assortie de la possibilité de dérogations 8181 b - Les modalités de cette recherche : l'intervention de l'Agence de la biomédecine 8282 c - Le retard dans l'application de la loi : le régime transitoire 8383 3 - Le décret n° 2006-21du 6 février 2006 relatif à la recherche sur l'embryon et sur les cellules embryonnaires et modifiant le code de la santé publique 8585 a - L'autorisation des recherches 8686 b - L'autorisation des échanges extérieurs 8787 6 - Changer la législation concernant la recherche sur l'embryon et légaliser la transposition nucléaire 9191 1 - Le sixième Programme cadre de recherche et de développement 9393 2 - La difficile élaboration du septième P.C.R.D. en matière de recherche sur les cellules souches embryonnaires 9595 a - Le cadre réglementaire 111111 b - L'organisation de la recherche : l'action des National Institutes of Health et des Universités 113113 Cinquième partie : Les défis à affronter 129129 a - Eviter l'utilisation d'ovocytes humains 134134 b - Les risques du don d'ovocyte 134134 a - Un marché encore immature 139139 b - Un secteur déserté par le capital risque et les grandes entreprises 140140 a - La genèse de ces brevets 142142 b - L'étendue de ces brevets 143143 c - Le développement d'un mouvement de contestation de ces brevets 144144 a - Les dispositions de la directive 98/44/CE 145145 b - La position de l'Office européen des brevets (O.E.B.) 146146 Examen du rapport par l'Office le 5 décembre 2006 159159 Composition du comité de pilotage 169169 Liste des personnes auditionnées 170170 Audition publique du 22 novembre 2005 177177 Annexe 1 : Article 25 de la loi n° 2004-800 du 6 août 2004 relative à la bioéthique 307307 Annexe 2 : Décret n° 2006-121 du 6 février 2006 relatif à al recherche sur l'embryon et sur les cellules embryonnaires et modifiant la code de la santé publique 311311 Annexe 3 : Article 19 du projet de loi relatif à la bioéthique adopté par l'assemblée nationale en première lecture le 22 janvier 2002 319319 Les biotechnologies sont souvent présentées comme le troisième étage de la révolution technologique de l'après-guerre après le développement du nucléaire des années 1950 et 1960 et des nouvelles technologies de l'information des années 1970 et 1980. Ces biotechnologies sont nées avec la grande aventure de la génétique qui a culminé avec le décryptage du génome, essentiellement celui de l'Homme. Ce décryptage du génome a permis de commencer à appréhender la structure du vivant, sans cependant donner la compréhension du fonctionnement de la vie et encore moins sa maîtrise. Cette connaissance viendra peut-être lorsque nous saurons comment fonctionne exactement cet espace délimité par une membrane qui obéit aux lois de la physique et de la chimie et commun à tous les êtres vivants : la cellule. Cette cellule a fait l'objet d'une véritable redécouverte à l'occasion de la naissance de Dolly, premier mammifère cloné à partir de cellules adultes. L'intérêt pour la biologie cellulaire ne devait pas faiblir depuis cette époque, toute proche de nous puisqu'à peine dix ans ont passé. Les réalisations de M. James Thomson, qui est parvenu à créer les premières lignées de cellules souches embryonnaires humaines en 1998, allaient donner un nouvel essor à la biologie cellulaire. Elle est vraiment depuis cette époque au cœur de l'actualité avec ses avancées, ses échecs, ses scandales, ses polémiques, ses espoirs et, aussi, ses craintes. Ce domaine est très controversé car on sent combien il est susceptible de transformer notre vie. D'un côté se trouvent les bénéfices espérés : nouvelles méthodes de diagnostic et nouvelles thérapies. De l'autre, les nouvelles menaces avec les possibilités de réémergence de l'eugénisme. Le débat sur les cellules souches embryonnaires a réactivé le débat sur l'embryon qui est présenté comme le principal problème éthique et comme un obstacle dirimant à l'utilisation des cellules souches embryonnaires. Je n'aborderai pas cette question dans ce rapport car j'estime qu'elle est d'abord et avant tout du ressort de la sphère la plus intime de chacun. Comme je l'avais déjà indiqué en décembre 2003, lors de l'examen, en deuxième lecture, du projet de loi relatif à la bioéthique, la protection de l'Homme est au cœur de la législation bioéthique. Celle-ci doit être confrontée aux réalités des recherches et des connaissances en devenir. Elle doit être au service d'une société et d'une recherche vivantes. Afin de respecter la dignité de la personne humaine, elle doit avoir comme impératif de concilier trois principes : - la liberté de pensée, c'est-à-dire la liberté du chercheur qui doit savoir quelles limites la société entend fixer à son activité, - les droits des malades et des personnes handicapées à voir atténuer leurs souffrances et accroître leurs espoirs ce guérison, ce qui nécessite recherche et expérimentation, - le respect de la personne et du corps humain. Ces principes s'appliquent d'autant plus aux cellules souches que celles-ci sont les éléments de base de notre vie. Deux problèmes éthiques seront abordés car ils sont au cœur des débats : le problème du don d'ovocytes pour la recherche et la marchandisation. J'ajoute, même si c'est marginal, la fraude scientifique qui doit être combattue car elle est de nature à faire perdre aux citoyens la confiance en la science. Le présent rapport consacré au fonctionnement des cellules vivantes sera centré sur la question des cellules souches adultes et embryonnaires. J'ai fait ce choix car j'ai voulu exposer avec le maximum de clarté, sans fard et sans a priori, la situation réelle de ce domaine qui est l'objet trop souvent de présentations ou trop louangeuses ou trop critiques. Je l'ai fait aussi pour préparer les travaux du Parlement. Celui-ci devra en effet, au plus tard en 2009 comme cela est prévu dans la loi de bioéthique de 2004, se saisir à nouveau de la question de la recherche sur l'embryon et décider si la transposition nucléaire peut être autorisée en France. Il s'agit en effet de « transposition nucléaire » car j'ai banni de ce rapport une expression qui est employée par facilité mais aussi de façon fallacieuse : « le clonage thérapeutique ». C'est une expression trompeuse. Pour ses adversaires, l'accent est mis sur le mot « clonage » et cette technique est assimilée au clonage reproductif humain qu'aucune personne sensée ne défend. Pour ses partisans, l'accent est mis sur « thérapeutique » et est de nature à faire croire que nous sommes à la veille d'utiliser cette technique pour soigner, notamment, de terribles maladies malheureusement encore incurables. Nul ne sait en fait à l'heure actuelle si cette technique sera un jour utilisable et, si elle l'est, si elle permettra d'obtenir ce que, théoriquement, on peut en espérer. J'ai effectué cet état des lieux du domaine des cellules souches en me faisant aider d'un groupe de pilotage dont la composition se trouve en annexe durapport. Que ses membres soient remerciés. Je souhaite aussi exprimer ma gratitude à l'ensemble des personnes qui ont bien voulu répondre favorablement à ma demande de les entendre en audition publique, dont le compte-rendu constitue le deuxième tome de ce rapport. Cette méthode m'a semblé être une des plus efficaces pour, au-delà du rapporteur, informer l'opinion publique des principaux enjeux de ce domaine. Contrairement à l'usage, le compte-rendu de cette audition publique a été publié avant la parution des conclusions du rapporteur. Je l'avais souhaité ainsi car nous nous trouvions alors « en plein » dans ce qu'on a appelé l'« affaire Hwang ». Il importait de faire entendre la voix des chercheurs, alors que l'on commençait fortement à suspecter l'un d'entre eux d'avoir très gravement enfreint la déontologie scientifique. J'étais en Corée, après être allé au Japon, quand cette « affaire Hwang » a éclaté et j'ai pu mesurer le désappointement de ses concitoyens devant la révélation de la fraude. Mon souhait de faire un point aussi exact que possible sur cette question m'a également conduit aux Etats-Unis, en Grande-Bretagne, à Bruxelles et à Munich, auprès de l'Office européen des brevets. Ce furent des déplacements très denses et passionnants. J'ai souhaité, dans les deux premières parties de ce rapport, faire le point sur ce qu'on a appelé « la révolution génomique » et présenter rapidement la cellule, élément fondamental de la vie. J'aborde ensuite, dans la troisième partie, la problématique des cellules souches en les présentant tout d'abord avec leurs applications potentielles. Je souligne la nécessité de poursuivre la recherche dans la quatrième partie en faisant le point sur l'organisation actuelle de la recherche, en France et dans différents pays, avant d'insister, dans la cinquième partie, sur les défis à affronter dans ce domaine. Première partie : La description pionnière de la structure en double hélice de l'acide désoxyribonucléique (A.D.N.) en 1953 par James Watson et Edward Crick a levé le voile sur la nature physico-chimique du gène. A partir de cette découverte, s'est développé un important mouvement de recherche et de cartographie d'un certain nombre de génomes parmi lesquels ceux de la souris, de la vache, du porc, du riz, ainsi que de la fausse arabette (Arabidopsis thaliana). Ces cartographies ont permis d'établir de manière précise les corrélations pouvant exister entre la présence d'un gène sous une forme particulière, et une affection héréditaire ou une propriété biologique ou agronomique intéressante. Cette connaissance permet ainsi de procéder de manière rapide et précise à une sélection des individus portant la forme du gène responsable de la propriété biologique recherchée. Des programmes de sélection végétale et animale fondés sur l'utilisation de ces marqueurs génétiques, sont ainsi maintenant exploités à grande échelle. Cela a abouti aux fameux organismes génétiquement modifiés (O.G.M.). Parallèlement, depuis le début des années 1990, a commencé la grande aventure du décryptage du génome humain, qui s'est achevé en 2003. Mais, au fur et à mesure de son avancement, un grand enthousiasme a progressivement saisi le monde scientifique ainsi que médiatique pour ce qui a été appelé la « révolution génomique ». Cette « révolution génomique » semblait porteuse de grandes promesses mais elles ne se sont pas réalisées. Cette « révolution génomique » s'est bâtie sur l'hypothèse que le gène était le fondement de la vie, ce qui a entraîné le développement d'un certain nombre de perspectives fondées sur le « tout gène ». 1 - Le gène comme fondement de la vie Cette hypothèse s'est développée à la suite des travaux effectués aux Etats-Unis à la fin des années 1930 et au début des années 1940, quand a été posée l'équation : « un gène - une enzyme1 ». La découverte de la double hélice de l'A.D.N. a permis de donner une signification nouvelle à cette hypothèse. On peut en effet la comprendre comme l'établissement d'une correspondance directe entre la séquence d'un nucléotide d'un gène et celle d'un acide aminé d'une protéine. Par le jeu de la succession des bases azotées, l'information peut alors être portée sur cette molécule et être transmise de génération en génération de façon inchangée. Le gène peut alors passer d'une entité conceptuelle à une entité matérielle. On aboutit ainsi à un schéma simple : l'A.D.N. est la molécule qui non seulement, recèle les « secrets » de la vie, mais qui exécute aussi ses propres instructions cryptées. C'est à partir de cette époque que l'A.D.N. de la cellule est conçu comme le programme génétique, comme la langue originelle. Les bases de l'A.D.N. sont assimilées à des lettres, les gènes devenant alors des mots. Avec ces mots on forme alors le texte, c'est-à-dire la séquence génétique. La métaphore de l'A.D.N. « livre de la vie » a été alors forgée. Elle a rencontré un grand succès et a été reprise à l'envi, notamment par les média. Il y a eu ainsi le développement d'une vision réductionniste de la biologie qui a été très importante au cours du développement du programme de décryptage du génome humain. L'attribution d'un rôle central et presque exclusif à l'A.D.N. dans le fonctionnement des organismes a alimenté les perspectives du « tout gène ». 2 - Les perspectives du « tout gène » Ces perspectives, qui retenaient alors l'attention, résidaient dans les espoirs de soigner par l'introduction dans l'organisme d'un ou plusieurs gènes. De nombreux gènes en cause dans de nombreuses affections ont été découverts. Il en a été ainsi, notamment, pour le diabète, certaines maladies cardio-vasculaires, le cancer du sein, la myopathie de Duchenne ou la mucoviscidose... Ces progrès tout à fait réels et substantiels dans la connaissance des mécanismes d'un certain nombre d'affections se sont immédiatement accompagnés de l'idée de « corriger » ces dysfonctionnements génétiques par la thérapie génique. La thérapie génique est l'opération consistant à introduire un gène fonctionnel dans les cellules d'un organisme à des fins préventives, curatives ou diagnostiques. La loi du 28 mai 1996 a défini les produits de thérapie génique comme « des produits biologiques à effet thérapeutique visant à transférer du matériel génétique de façon à obtenir in vivo, l'expression d'un ou plusieurs gènes d'intérêt, dans une cellule cible, dans un but thérapeutique, diagnostic ou de marquage ». Le ou les gènes ainsi introduits peuvent, soit remplacer la fonction d'un gène défectueux, soit commander la synthèse, dans l'organisme d'une protéine thérapeutique. Parmi ses indications pourraient figurer, outre des maladies monogéniques comme la mucoviscidose, de nombreuses affections acquises comme les cancers, la maladie d'Alzheimer, l'athérosclérose... Deux approches de cette thérapie génique peuvent être distinguées : la thérapie génique germinale et la thérapie génique somatique. Cette dernière ne touche que l'individu traité alors que l'autre, en modifiant les cellules germinales (spermatozoïdes, ovocytes) produit un effet permanent sur tous les descendants de l'organisme traité. Pour des raisons évidentes d'éthique, elle est limitée aux animaux. Cette idée d'introduire un ou des gènes dans un organisme à des fins thérapeutiques apparaissait alors d'autant plus séduisante qu'elle permettait ainsi d'éviter les difficultés et les retards de la mise au point des traitements classiques. Ces derniers, comme le note M. Bertrand Jordan2, impliquent en effet généralement une compréhension détaillée de l'affection puis la découverte d'agonistes ou d'antagonistes agissant sur les éléments-clés des régulations affectées par la maladie. Le ou les gènes introduits étaient considérés comme des médicaments. L'expression « A.D.N. médicament », qui fit alors florès, l'exprimait de façon fort expressive. Les programmes de décryptage des génomes ont alors mobilisé des moyens très importants avec notamment l'utilisation de techniques informatiques très performantes et très sophistiquées. On notera que les financements privés, notamment dans les jeunes pousses (start-up), ont été très conséquents. Les promesses d'applications thérapeutiques étaient, déjà, très fortement mises en avant. Comme le rappelle M. Bertrand Jordan dans l'article cité, en 1995 la brochure de présentation du programme américain de thérapie génique s'intitulait « des cartes à la médecine ». En France, c'est le Téléthon qui a, pour la première fois, fait surgir la thérapie génique hors de l'ombre des laboratoires pour l'installer dans l'espace public. Les perspectives du chiffre d'affaires du secteur étaient à l'unisson des espoirs : ainsi, en 1994, estimait-on celui-ci à vingt milliards de dollars pour l'année 2006... Les revues scientifiques n'étaient pas en reste : « La Recherche » titrait en 1985 : « Traitement des maladies génétiques : le compte à rebours » ; « Science » publiait en 1990 un article : « Thérapie génique : le but en vue ». Force est de reconnaître que l'enthousiasme déclenché alors par le décryptage du génome est resté hors de toute proportion avec la modestie des bénéfices qui ont pu en être retirés par les patients. Ainsi le séquençage du génome du V.I.H. a été réalisé en 1985 sans que la solution pour le combattre ait pu être mise au point depuis vingt ans. De ce point de vue, les promesses de la « révolution » génomique ne se sont pas réalisées. Ces promesses ne se sont pas réalisées car la génétique s'est focalisée sur l'identification des génomes et sur la description du réseau des interactions moléculaires, sans faire avancer la compréhension du fonctionnement de l'organisme. Il y a encore un abyme entre ce que l'on espérait et ce qui est actuellement réalisé. Ne l'oublions pas quand nous aborderons la problématique des cellules souches embryonnaires. C'est ainsi que les fonctions des gènes ne sont pas encore pas élucidées, et qu'un certain nombre de difficultés ont entravé le développement de la thérapie génique. Ces obstacles imposent en réalité d'aller au-delà du gène, vers l'étude de la cellule. 1 - Les fonctions des gènes ne sont pas élucidées Dans mes précédents rapports présentés à l'Office3, j'avais déjà largement abordé ce problème. Je rappellerai simplement que, dans la grande majorité des cas, les gènes ne font que permettre la fabrication des composants élémentaires du vivant qui, en s'associant en réseaux complexes, engendrent les caractéristiques de ces organismes. Chaque gène a une fonction élémentaire utilisée par l'organisme pour accomplir de multiples fonctions complexes et différentes, chaque fonction complexe résultant de la participation de centaines ou de milliers de gènes. Il est nécessaire d'abandonner un réductionnisme consistant à faire dépendre les structures complexes des organismes vivants de quelques gènes. On a ainsi progressivement découvert que les mêmes gènes se retrouvent dans des espèces différentes avec des fonctions différentes. Le même gène peut se trouver dans le même organisme, avec des rôles différents, suivant le type de cellule et le stade de développement. La génétique doit donc tenir compte de l'environnement intracellulaire des gènes, c'est-à-dire non seulement des autres gènes, mais aussi des protéines et des autres molécules. Il s'agit de considérer l'activité de l'ensemble des gènes comme une activité intégrée en liaison étroite avec leur environnement, car la séquence de l'A.D.N ne suffit pas à expliquer la diversité des cellules et des organismes. De cette approche nouvelle est né un nouveau concept important : celui d'épigénétique. Le terme « épigénétique », créé par le généticien britannique Conrad Waddington au début des années 1940, signifie littéralement « hors de la génétique habituelle ou classique ». Cette dernière a formalisé l'hérédité à l'aide de deux concepts : le phénotype, l'apparence, l'ensemble des caractères individuels hérités, et le génotype, l'ensemble des unités de l'hérédité, les gènes. La biologie moléculaire avait expliqué de façon apparemment satisfaisante le problème de la transmission des caractères en désignant la molécule d'A.D.N. comme seule et unique porteuse de l'hérédité. Mais une contradiction demeurait : comment en effet expliquer que tous les organismes ou toutes les cellules ayant hérité des mêmes chromosomes ou gènes ne présentent pas nécessairement un phénotype similaire ? Un certain nombre d'explications peuvent être avancées dont l'une est l'existence de différences épigénétiques, c'est-à-dire des différences au niveau du mode d'expression du génome. En effet, l'A.D.N. n'est pas présent sous forme de molécules nues dans la cellule. Il est associé à des protéines appelées histones pour former une substance complexe, la chromatine. Toute modification chimique de l'A.D.N. ou des histones altère la structure de la chromatine sans modifier la séquence nucléotidique de l'A.D.N. La variation épigénétique est donc une modulation de l'expression de gènes ou de groupes de gènes qui, contrairement à la mutation, n'implique pas de modification de structure de l'A.D.N. Cette variation épigénétique existe aussi chez les plantes et est étudiée sous le nom de « paramutation ». Elle est caractérisée par sa propriété d'être non seulement stable au cours du développement d'un organisme au niveau somatique mais d'être transmise à la descendance lors du croisement sur plusieurs générations au niveau germinal, avec des distributions différentes de celles prédites par les lois de Mendel. Ces modifications sont encore assez mal connues et sont fonction de l'environnement du génome au sens large. L'important est, comme le mentionne M. Michel Morange4, que ces mécanismes épigénétiques concernent la différenciation cellulaire et le développement embryonnaire : cette régulation épigénétique est conservée de manière stable lors de la division cellulaire, la mitose. Cependant il ne faut pas passer du « tout génétique » au « tout épigénétique » car, comme le souligne cet auteur, « on peut déconstruire à plaisir le gène » mais il ne faut pas oublier « que les structures et les fonctions des êtres vivants reposent sur les propriétés des macromolécules complexes », les organismes ayant créé un mécanisme sophistiqué et précis pour reproduire leur structure primaire. Il considère donc que « l'idée d'un programme génétique était une extension indue de ce mécanisme de reproduction des constituants macromoléculaires à l'organisme entier : la notion de programme génétique ne subsiste plus aujourd'hui que sous la forme d'une vague métaphore ». Il faut donc, sans rejeter tous les acquis de la génomique, la dépasser pour y intégrer les possibles variations épigénétiques qui vont venir de son environnement au sens large. Cela sera important en matière de culture de lignées cellulaires où, notamment, les conditions de leur culture pourront être déterminantes. Cet élargissement des perspectives est d'autant plus nécessaire face aux difficultés de la thérapie génique. 3 - Les difficultés de la thérapie génique L'engouement pour la thérapie génique s'est heurté à sa complexité car elle est devenue plus un principe général qu'une technique précise. En effet les méthodes utilisées sont devenus extrêmement diverses. Ainsi celles-ci diffèrent-elles selon qu'il s'agit d'obtenir la production d'une protéine active remplaçant une protéine manquante ou inactive pour les affections héréditaires ou de lutter contre des maladies comme le cancer ou le sida. Les techniques de transport du gène à l'intérieur des cellules sont aussi très variées et sont susceptibles d'être couplées à d'autres stratégies, notamment vaccinales, ce qui complique encore la démarche. Les difficultés rencontrées sont, de façon schématique, de plusieurs ordres : - difficultés de cibler les cellules malades et risques de rejet par l'organisme des produits de thérapie génique ; - difficulté d'élaboration des vecteurs viraux qui risquent de s'attaquer à une multitude de cellules-cibles ; - problème de l'efficacité des vecteurs non viraux, tels les liposomes, qui doivent être employés à de telles quantités que des problèmes de toxicité peuvent se poser ; - difficulté pour obtenir la régulation correcte du gène qui risque de s'intégrer dans une région chromosomique non adéquate ; - obstacles financiers dus à la lourdeur des investissements nécessaires pour la recherche, pour la production de vecteurs ainsi que pour les établissements accueillant les patients. En juillet 20065, il y avait dans le monde 1192 essais de thérapie génique en cours dont les objectifs étaient les suivants : . traitement de cancers : 797 (66,9%) . maladies vasculaires : 106 (8,9%) . maladies monogéniques : 102 (8,6%) . maladies infectieuses : 78 (6,5%) . marquage génétique : 50 (4,2%) . volontaires sains : 19 (1,6%) . autres : 40 (3,3 %) L'état d'avancement, en juillet 2006, de ces 1192 essais en cours, montre bien le caractère encore largement balbutiant de cette thérapie génique : . Phase I : 743 (62,3%) . Phase I/II : 242 (20,3%) . Phase II : 169 (14,2%) . Phase II/III : 12 (1%) . Phase III : 26 (2,2%) Selon M. Bertrand Jordan6, les problèmes techniques ont été « aggravés par la hâte avec laquelle on a parfois procédé en raison de la compétition entre équipes et (surtout) entre entreprises pressées de prendre leur place dans un marché prometteur.» M. Bertrand Jordan estime cependant qu'« il ne faudrait pas pour autant en conclure que la thérapie génique se trouve aujourd'hui dans une impasse ». Il cite en effet un certain nombre de progrès, et, notamment, les nouvelles possibilités de transférer un gène de façon à ce qu'il s'intègre dans un endroit prédéfini du génome et l'exploitation des micro-A.R.N. Il faut aussi, et cela est capital, garder à l'esprit le succès de la thérapie génique mise en œuvre par M. Alain Fischer et Mme Marina Cavazzana-Calvo concernant le syndrome de l'immunodéficience combinée sévère (SCID-X1). Ce grave déficit immunitaire obligeait les enfants atteints à vivre dans une enceinte stérile (« bébés bulles ») pour éviter d'exposer leur système immunitaire immature aux germes de l'environnement. Le gène introduit a permis au système immunitaire de ces enfants de se développer et a rétabli son fonctionnement normal. Certes trois leucémies et un décès ont été à déplorer mais une vingtaine d'enfants mènent, grâce à ce traitement, une vie normale. Pour d'autres affections, telles l'hémophilie et la mucoviscidose, les essais se sont heurtés à des difficultés immunitaires et ne sont pas couronnés de succès. Les techniques de la thérapie génique ne doivent cependant pas être abandonnées mais être améliorées en dépassant ce que certains auteurs ont appelé le « paradigme du gène », c'est-à-dire l'explication de tout le mécanisme de la vie par la génétique. M. Jean-Claude Ameisen7 a fait de façon très éclairante ce lien entre génétique et biologie cellulaire : « Une dimension essentielle de la complexité du vivant est due au fait que les cellules et les corps peuvent utiliser leurs gènes de manières très différentes, et que, à génome identique, différentes potentialités vont s'ouvrir dans différents environnements. Toutes les cellules de notre corps, à quelques rares exceptions près, possèdent tout au long de notre existence exactement les mêmes gènes. Leur capacité à devenir et à demeurer des cellules souches, ou à se transformer dans l'une des deux cents familles de cellules différenciées de notre corps, est due au fait que chaque cellule n'utilise pas ses gènes de la même manière. Les interactions, pour partie aléatoires, que chaque cellule établira avec ses voisines vont entraîner des modifications plus ou moins réversibles de l'accessibilité de certains de leurs gènes, et donc des modalités différentes d'utilisation de ces gènes. En d'autres termes, l'environnement externe de la cellule influera sur l'élaboration de son environnement interne, qui lui-même influera à son tour sur les possibilités qu'a la cellule avec son environnement externe. On distingue là toute l'ambiguïté de la notion répandue de « programme génétique ». Les gènes ne déterminent pas l'avenir : ils donnent aux cellules un certain nombre de contraintes et de potentialités - un champ des possibles - dont l'actualisation dépendra de l'histoire particulière des interactions de la cellule avec son environnement »8. Il faut donc dépasser le niveau du gène pour aller vers l'étude de la cellule. 4 - Au-delà du gène : aller vers l'étude de la cellule Les limites actuelles de la génomique fonctionnelle ainsi que l'intérêt croissant accordé aux cellules souches me semblent marquer un important regain d'intérêt en faveur de la biologie cellulaire. On assiste en effet à un véritable renouveau de problèmes dont la société se préoccupe de manière croissante, comme les questions de la reproduction et du développement, de la vieillesse et aussi du fonctionnement du cerveau. L'actualité montre aussi que des problèmes considérés comme résolus refont surface comme, par exemple, les questions liées à l'étude des agents infectieux. Ceux-ci ont été beaucoup négligés du fait de l'existence des antibiotiques, cette remarque prenant toute sa force devant les nouvelles menaces, comme la persistance de la grippe aviaire ou le développement d'épidémies comme celle du chikungunya. Ainsi reprennent toute leur actualité un certain nombre de notions. Restent ainsi largement inconnues les questions se rapportant aux défenses de l'organisme, et ce que l'on appelle, selon un terme très ancien, la « virulence ». On doit constater que ce dernier terme recouvre des mécanismes très peu connus comme, par exemple, la pénétration d'agents pathogènes dans les cellules de l'organisme. Toutes ces questions, reproduction, vieillissement, cognition, équilibre entre l'homme et les microbes ne sont évidemment pas récentes, mais il faut bien reconnaître qu'elles ont été quelque peu marginalisées par le génie génétique et la génomique. Il faut certainement en revenir à l'étude du vivant complexe et au fonctionnement de la cellule dans ses différentes dimensions. Deuxième partie : Dans cette deuxième partie seront esquissés l'organisation de la cellule vivante et son fonctionnement. La cellule est l'unité de base du vivant. Tout organisme, du plus simple au plus perfectionné, est constitué de cellules, d'une seule à plusieurs milliards dans un ensemble très coordonné. Ce sont les cellules qui donnent aux organismes leurs capacités, que ce soit tout d'abord leur maintien en vie et leur reproduction ou, chez les animaux par exemple leur possibilité de se déplacer grâce à leurs possibilités de déformation. Nous évoquerons l'organisation de la cellule vivante et son fonctionnement. C'est l'invention du microscope, à la fin du XVIIe siècle, qui a ouvert la voie à l'exploration de la structure des organismes vivants à une échelle inaccessible à l'œil nu. L'observation des tissus des plantes a permis, pour la première fois, de discerner l'organisation en cellules. Il fallut ensuite attendre le début du XIXe siècle et le perfectionnement de l'optique des microscopes pour que l'accumulation des observations faites chez les animaux et les végétaux forme la base d'une théorie unificatrice : la théorie cellulaire. Celle-ci est exprimée en 1839 par le physiologue allemand Theodor Schwann selon lequel tout être vivant est formé à partir de cellules et uniquement de cellules. Cette théorie a été établie de façon définitive par le célèbre axiome de Rudolf Virchow en 1858 : « Omnis cellula e cellula » : toute cellule est issue d'une autre cellule. Les cellules sont de minuscules compartiments qui existent chez tous les êtres vivants, animaux ou végétaux. C'est d'ailleurs l'organisation cellulaire qui détermine les deux grandes familles d'êtres vivants : les procaryotes et les eucaryotes. Les procaryotes ont été vraisemblablement les premiers êtres vivants sur la terre. Ce sont des organismes unicellulaires caractérisés par l'absence d'un vrai noyau. Leurs descendants actuels sont les bactéries dont on connaît deux catégories différentes : les archéobactéries et les eubactéries. Les archéobactéries, abondantes dans la nature actuelle, peuplent des milieux très inhospitaliers : eaux très salées, sources thermales à la température dépassant 70°C, eaux très acides. Les eubactéries sont bien plus communes et comprennent, entre autres, les bactéries Gram positives, les spirochètes, les myxobactéries, les cyanobactéries... Les eucaryotes sont des organismes dont la ou les cellules sont composées d'un véritable noyau délimité par une membrane nucléaire, de plusieurs chromosomes, d'un nucléole et d'organites intracytoplasmiques de structure complexe. Les eucaryotes comprennent des espèces pluricellulaires (animaux, végétaux, champignons) et des espèces unicellulaires (protistes : paramécie, algues unicellulaires, levure de boulanger...). Les cellules des eucaryotes, bien que possédant de très importantes analogies, présentent des différences chez les animaux et les végétaux comme le montre le schéma suivant :
Source : Le dictionnaire des sciences (Hachette) La cellule est l'unité de base de tous les organismes vivants. Un être humain en possède plus de cent mille milliards dont il existe environ deux cents types différents. La cellule se nourrit, produit de l'énergie, échange des informations avec son entourage, se multiplie et meurt au bout d'un certain temps. Comme on le voit sur le schéma précédent, les cellules animales et végétales présentent un certain nombre de différences que nous allons évoquer successivement. _ Les cellules animales Elles se présentent en général comme de petits sacs d'une dimension de 10 à 30 μm9. Cependant certaines d'entre elles peuvent atteindre des dimensions importantes. C'est par exemple le cas des cellules nerveuses dont les prolongements peuvent dépasser un mètre de long ou des œufs qui sont constitués d'une seule cellule. Les cellules sont délimitées par une membrane avec en leur cœur un noyau. Le noyau est une petite poche souple contenant l'acide désoxyribonucléique (A.D.N.) qui est porteur du matériel génétique et qui contrôle toute l'activité de la cellule. Les cellules sont isolées de l'extérieur par la membrane plasmique qui laisse passer certaines substances et barre le passage à d'autres. D'autres systèmes membranaires internes, formant le cytoplasme, délimitent des compartiments, ou organites intracellulaires, ayant chacun un rôle spécialisé : - les mitochondries : elles fournissent l'énergie nécessaire au fonctionnement de la cellule. Leur nombre, de quelques-unes à plusieurs dizaines de milliers, dépend de l'intensité de l'activité de la cellule, une cellule musculaire en possédant par exemple un très grand nombre, - le réticulum endoplasmique : il joue un rôle important dans les processus de sécrétion, de synthèse des protéines, des stéroïdes et des lipides ainsi que pour le transport intracytoplasmique de différentes substances, - l'appareil de Golgi est constitué de vésicules et de saccules. Il joue un rôle important dans le métabolisme cellulaire en assurant la glycosilation des protéines, la concentration des substances élaborées par le réticulum endoplasmique et leur transformation en produits de sécrétion, - les lysosomes assurent la dégradation et le recyclage des structures cellulaires, - le noyau est le centre vital de la cellule. Il comprend le nucléole et les chromosomes. Le nucléole est un corpuscule sphérique homogène et dense. Il porte les chromosomes se composant chacun d'une très longue molécule d'A.D.N. porteuse des gènes, de molécules, de protéines et d'acide ribonucléique (A.R.N.). Les chromosomes ne sont en réalité observables à un instant donné que dans un petit nombre de cellules. Ils n'existent sous cette forme très particulière que pendant la phase précédant immédiatement la division des cellules. Dans toutes les autres phases, le contenu des chromosomes apparaît diffus dans le noyau. Il est alors appelé chromatine, - le hyaloplasme est un gel constituant le cytoplasme fondamental et servant de support au noyau et aux organites cytoplasmiques. C'est le siège de la synthèse et de la dégradation des diverses molécules nécessaires à la cellule, - le centriole est un organite jouant un rôle important au cours de la mitose, division cellulaire normale aboutissant à deux cellules semblables à la cellule mère, - les microtubules sont des cylindres creux formés de polymères linéaires qui sont des constituants essentiels du cytosquelette10. Elles sont impliquées dans de nombreuses fonctions cellulaires comme la division cellulaire, le trafic intracellulaire ou la croissance des neurones. _ Les cellules végétales Les cellules végétales présentent des caractères particuliers par rapport aux cellules animales. Ainsi leur membrane plasmique est doublée extérieurement par une paroi cellulosique fabriquée par la cellule. Elles possèdent de grandes cavités, les vacuoles, qui sont des dilatations du réticulum endoplasmique et où se trouve le liquide vacuolaire. Elles possèdent des organites particuliers, les plastes, limités par une double membrane. Chez les végétaux chlorophylliens, ce sont les chloroplastes qui captent l'énergie lumineuse et sont le siège de la photosynthèse. L'activité cellulaire consiste en des mouvements, des échanges et des transformations : - de matière, pour se nourrir et croître, - d'informations, pour connaître le milieu extérieur et pour communiquer avec d'autres cellules, - d'énergie, pour se maintenir en vie. Dans le cytoplasme de la cellule existe ainsi une véritable « usine biologique » avec de nombreux « ateliers », les organites, consacrés à des tâches différentes. Nous esquisserons rapidement le fonctionnement du métabolisme cellulaire ainsi que celui de la division cellulaire. _ Le fonctionnement du métabolisme cellulaire Les organites assurent la réalisation d'un certain nombre de réactions biochimiques qui, considérées dans leur ensemble, constituent le métabolisme cellulaire. Celui-ci se déroule, schématiquement, de la façon suivante. Des nutriments entrent dans la cellule, soit par transport actif à travers des canaux spécialisés s'il s'agit de petites molécules, soit par invagination membranaire pour des corps plus importants. Les éléments ayant pénétré dans la cellule sont digérés dans des corps riches en enzymes, notamment les lysosomes. La dégradation en molécules de taille de plus en réduite se poursuit dans le cytoplasme grâce à un ensemble de réactions comme la glycolyse11 et la fermentation. Ces réactions aboutissent au transfert d'une partie de l'énergie chimique du glucose dans le vecteur énergétique essentiel de la cellule qui est l'une des substances les plus importantes de la cellule : l'adénosine triphosphate (A.T.P.). Ce transfert d'énergie est poursuivi et amplifié dans les mitochondries par la respiration cellulaire qui produit la plus grande partie de cette adénosine triphosphate. L'énergie et les petites molécules produites lors des processus de dégradation sont le point de départ des réactions d'assemblage des macromolécules spécifiques de la cellule, selon les instructions données par son matériel génétique. L'ensemble de cette activité est organisé en un réseau complexe finement régulé, afin de répondre aux besoins de la cellule et aux modifications de son environnement. _ La division cellulaire La multiplication des cellules est une nécessité vitale car elle permet la croissance des organismes et assure leur entretien en remplaçant les cellules qui meurent. La multiplication des cellules doit assurer le transfert de l'A.D.N. de la cellule-mère à ses cellules-filles. La division cellulaire, appelée mitose, commence par une accumulation des protéines de la cellule. Ensuite a lieu la réplication complète de l'A.D.N. Celle-ci s'effectue par la séparation locale des deux brins de la double hélice et une enzyme, l'A.D.N. polymérase, copie chacun des deux brins complémentaires. A la fin de cette opération, la cellule contient une quantité double d'A.D.N. La chromatine se condense alors massivement pour former les chromosomes. La membrane du noyau disparaît et le cytosquelette prend en charge les chromosomes. Il se déforme de telle manière que le contenu de la cellule mère soit exactement réparti entre les deux cellules filles. Chacune de celles-ci hérite donc d'un jeu complet de chromosomes qui se condensent alors pour redonner de la chromatine dans un noyau reformé jusqu'à la prochaine division. Ces évènements ne s'accompagnent en principe que de très rares modifications de la structure de l'A.D.N. et de celle des chromosomes homologues. Il y a donc conservation à l'identique, dans les cellules-filles, du matériel génétique de la cellule-mère. Ce mécanisme permet que toutes les cellules d'un même individu aient le même contenu en A.D.N. Les seules exceptions sont les cellules sexuelles et certaines cellules du système immunitaire, les lymphocytes, qui fabriquent les molécules capables de reconnaître des substances étrangères. La cellule est vivante (elle naît, elle vit, elle meurt) et elle est un lieu d'échanges et d'interactions avec le milieu extérieur. Elle apparaît donc comme une unité centrale du monde vivant. Les cellules humaines sont, dans leur grande majorité, des cellules différenciées, c'est-à-dire capables de remplir une mission précise : globules rouges transportant l'oxygène dans le sang, cellules de l'intestin absorbant les nutriments, etc. Une autre caractéristique des cellules différenciées est qu'elles ne se divisent pas. Cependant à chaque seconde, plus de vingt millions de cellules de notre organisme se divisent pour maintenir constant le nombre de cellules et donc remplacer celles qui disparaissent par vieillissement ou par lésion. C'est ainsi que le seul maintien du nombre de globules rouges nécessite deux millions de divisions cellulaires par seconde. Ces cellules qui se divisent sont des cellules souches. Elles représentent un enjeu majeur de la biologie. Troisième partie : L'intérêt porté aux cellules souches remonte au début du siècle dernier. En effet, dès 1920, l'existence de cellules précurseurs à l'origine de toutes les cellules sanguines était suggérée chez le poulet. Le concept précis a émergé au cours des années 1950 - 1960 quand a été déterminé le principe de renouvellement des cellules sanguines. Celles-ci ont une durée de vie courte, car un globule rouge humain ne vit que 120 jours, et doivent être remplacées pendant toute la durée de la vie. Le renouvellement est assuré par des cellules résidentes de la moelle osseuse. Celles-ci sont capables de s'autorenouveler. Elles produisent en même temps, par division asymétrique, des cohortes de cellules à prolifération rapide qui s'engagent dans les voies de différenciation les conduisant à produire toute la variété des cellules du |
