Myalgic Encephalomyelitis/Chronic Fatigue Syndrome (ME/CFS) gene expression signatures for the identification of compounds targeting metabolism

Résumé technique : Signatures d'expression génique de l'EM/SFC pour l'identification de composés métaboliques

Énoncé du problème
La fatigue pathologique est un symptôme débilitant prévalent dans diverses maladies chroniques telles que l'encéphalomyélite myalgique/syndrome de fatigue chronique (EM/SFC), la sclérose en plaques et le COVID long. Contra à la fatigue physiologique, la fatigue pathologique persiste malgré le repos et est associée à une intolérance à l'exercice et à une réduction de la qualité de vie. Les pipelines conventionnels de découverte de médicaments ont peiné à identifier des traitements efficaces pour ce symptôme. Les essais cliniques pour l'EM/SFC ont largement échoué à produire des améliorations durables, seuls des effets modestes ayant été observés pour certains sous-groupes de patients avec des médicaments immunomodulateurs ou psychostimulants spécifiques. De plus, la base moléculaire de l'EM/SFC reste floue, manquant de cibles thérapeutiques validées, de biomarqueurs reproductibles et de modèles précliniques, créant un « vide de connaissances » qui entrave le développement rationnel de médicaments.

Méthodologie
Les auteurs ont employé une approche de mise en correspondance de signatures maladie-médicament réciproque et pilotée par les données pour identifier des composés thérapeutiques potentiels.

1. Analyse de l'expression génique : L'étude a analysé deux ensembles de données indépendants et publics d'expression génique de l'EM/SFC (GSE14577 et GSE227375) dérivés de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC). Les gènes différentiellement exprimés (DEG) ont été identifiés à l'aide des packages limma et DESeq2 avec un taux de fausse découverte (FDR) ≤ 0,05 et un changement de repli (fold change) ≥ 1,25.
2. Identification de la signature : Les chercheurs ont identifié une signature commune de 46 gènes (21 gènes sur-régulés et 25 gènes sous-régulés) partagée entre les deux ensembles de données.
3. Cartographie de connectivité (CMap L1000) : Cette signature de 46 gènes a été interrogée via la base de données LINCS CMap L1000, qui contient plus d'un million de profils d'expression génique induits par des perturbateurs génétiques et de petites molécules. L'objectif était de trouver des composés présentant des scores de connectivité négatifs (≤ -0,64), indiquant un profil d'expression génique inverse capable de potentiellement inverser le phénotype pathologique de l'EM/SFC.
4. Analyse de voies et de réseaux : Les réseaux fonctionnels ont été analysés via STRING, KEGG et Reactome afin de comprendre le contexte biologique des gènes identifiés et les mécanismes des composés candidats.
5. Validation in vitro : Quatre composés candidats ciblant le métabolisme — la pioglitazone et la rosiglitazone (agonistes PPAR), le tideglusib (inhibiteur de GSK3) et le MHY1485 (agoniste de mTORC1) — ont été testés sur des myoblastes de souris C2C12 et des myotubes différenciés. Les essais comprenaient le potentiel de membrane mitochondriale (TMRE), la masse mitochondriale (MitoTracker Green), la production d'ATP, la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS/MitoSOX) et la croissance cellulaire (test MTT).

Contributions clés et résultats

• Signature génique de l'EM/SFC : L'étude a établi une signature robuste de 46 gènes commune à deux cohortes indépendantes. Cette signature implique une dysrégulation de la fonction immunitaire, du stress oxydatif, de l'apoptose et du métabolisme cellulaire, incluant le cycle TCA, la phosphorylation oxidative et l'autophagie.
• Identification du réseau : L'analyse CMap L1000 de la signature de 46 gènes a lié l'état pathologique à 83 gènes impliqués dans la signalisation des cytokines, l'infection, l'immunité, le métabolisme, le métabolisme des lipides et la régulation redox.
• Identification des composés : L'analyse a identifié 14 composés présentant de forts scores de connectivité négative. Bien que la moitié d'entre eux soient anti-inflammatoires ou analgésiques, l'étude s'est concentrée sur les régulateurs métaboliques. Quatre composés ont été sélectionnés pour des tests fonctionnels : la pioglitazone, la rosiglitazone, le tideglusib et le MHY1485.
• Effets mitochondriaux :
  • Pioglitazone : A induit une augmentation modeste mais significative du potentiel de membrane mitochondriale et de la production d'ATP dans les myotubes C2C12 différenciés après 48 heures. Cela s'est produit sans augmentation de la masse mitochondriale ou de la production de ROS, suggérant une amélioration de l'efficacité métabolique plutôt qu'une biogenèse.
  • Tideglusib et MHY1485 : Tous deux ont induit une augmentation transitoire du potentiel de membrane mitochondriale et de la production d'ATP (à 24 heures) dans les myotubes, effet qui s'est perdu à 48 heures. Comme pour la pioglitazone, ces effets sont indépendants de la masse mitochondriale et des ROS.
  • Rosiglitazone : N'a pas affecté de manière significative le potentiel de membrane mitochondriale ou la production d'ATP dans les conditions testées.
• Croissance cellulaire : La pioglitazone et la rosiglitazone ont augmenté la croissance des myoblastes C2C12, tandis que le tideglusib et le MHY1485 n'ont montré aucun effet significatif sur la croissance des myoblastes.

Signification et affirmations
L'article affirme que ses conclusions fournissent un cadre pour explorer le potentiel thérapeutique dans les pathologies impliquant une fatigue pathologique, telles que l'EM/SFC, en utilisant la mise en correspondance de signatures maladie-médicament réciproque. Les auteurs postulent que leur approche offre une alternative rationnelle et pilotée par les données à la découverte conventionnelle de médicaments, qui est souvent entravée par l'absence de compréhension mécanistique dans les maladies chroniques complexes.

Plus précisément, l'étude suggère que :

1. Ciblage métabolique : Le métabolisme mitochondrial altéré est un contributeur plausible de la pathologie de l'EM/SFC, et les composés ciblant les voies métaboliques (PPAR, GSK3, mTORC1) pourraient offrir des pistes thérapeutiques.
2. Potentiel de la pioglitazone : La capacité de la pioglitazone à améliorer le potentiel de membrane mitochondriale et la production d'ATP dans les cellules musculaires sans augmenter les ROS suggère qu'elle pourrait restaurer la fonction métabolique dans l'EM/SFC. Les auteurs notent que bien que la pioglitazone soit approuvée pour le diabète de type 2, son potentiel pour améliorer la fatigue pathologique dans l'EM/SFC n'a pas été rapporté, ce qui justifie des investigations supplémentaires.
3. Stratégie de repositionnement : L'étude démontre que le repositionnement de médicaments basé sur la mise en correspondance de signatures géniques non biaisées peut identifier de nouveaux candidats (comme le tideglusib et le MHY1485) pour des conditions où l'identification de cibles traditionnelles est difficile.

Les auteurs maintiennent un ton modéré concernant la translation clinique, reconnaissant les limites telles que l'utilisation d'une seule lignée cellulaire (C2C12) plutôt que des cellules primaires provenant de patients atteints d'EM/SFC, ainsi que l'absence de données sur la capacité de ces composés à inverser la signature pathologique spécifique dans les cellules dérivées de patients. Ils concluent que bien que ces résultats soient prometteurs, des investigations précliniques supplémentaires et des essais cliniques sont nécessaires pour valider l'efficacité thérapeutique de ces composés pour l'EM/SFC.