Drug repurposing for neuromuscular diseases using zebrafish

Abstract

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie génétique rare et la plus fréquente des maladies musculaires. Elle est due à la déficience d'une protéine appelée dystrophine et se caractérise par une faiblesse progressive et une dégénérescence des muscles squelettiques. Come qu'aucun remède contre la DMD n'a encore été trouvé, il est urgent d'identifier de nouvelles thérapies. Étant donné les mécanismes pathogènes de cette maladie ne sont pas entièrement compris, la réalisation de dépistages phénotypiques de médicaments in vivo représente une stratégie prometteuse pour la découverte thérapeutique. Dans ce but, nous croyons qu’une stratégie de dépistage chimique à haut débit permettra d’identifier de petites molécules potentielles qui restaureront les phénotypes liés à la maladie dans les modèles de DMD, fournissant finalement des candidats pour les essais cliniques. Un criblage précédent par notre groupe a permis d’identifier un total de 26 molécules chimiques qui présentaient une amélioration significative de la motilité dans les modèles de vers mutants DMD. Cette étude vise à valider ces candidats dans un modèle génétique de poisson zèbre de la DMD. Nous avons d’abord créé un modèle de poisson zèbre mutant DMD à l’aide du système CRISPR/Cas. Une caractérisation phénotypique détaillée de ce mutant a démontré des caractéristiques de la pathologie de la DMD consistant en un taux de survie réduit, un affaiblissement musculaire et un dysfonctionnement moteur manifestés par des défauts de natation et une organisation anormale des fibres musculaires. Nous avons ensuite examiné les 26 molécules candidates pour leur capacité à sauver le phénotype de type DMD dans ce modèle. Aucun de ces 26 candidats n’a présenté d’impact statistiquement thérapeutique sur les caractéristiques pathologiques de la DMD dans notre modèle de poisson zèbre. D’autres études visant à améliorer les méthodes de dépistage des médicaments et les lectures du phénotype dans nos modèles de DMD sont nécessaires afin d’utiliser cette approche puissante pour identifier les cibles thérapeutiques potentielles pour la DMD chez les humains.

Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) is a rare genetic disorder and the most frequent among muscular diseases. It is due to the deficiency of a protein called dystrophin and is characterized by progressive weakness and degeneration of skeletal muscles. Since no cure for DMD has yet been found, there is an urgent need to identify new therapies. Given that the pathogenic mechanisms of this disease are not fully understood, performing phenotypic drug screens in vivo represents a promising strategy for therapeutic discovery. With this aim, we believe that a chemical high-throughput screening strategy will identify potential small molecules that will restore disease-related phenotypes in DMD models, ultimately providing lead candidate compounds for clinical testing. A previous screen by our group has identified a total of 26 chemical compounds that presented a significant improvement of motility in DMD-mutant worm models. This study aims at validating these hit candidates in a zebrafish genetic model of DMD. We first generated a DMD-mutant zebrafish model using the CRISPR/Cas system. Detailed phenotypic characterization of this mutant demonstrated features of the DMD pathology consisting of a reduced survival rate, muscle weakening and motor dysfunction manifested by swimming defects and abnormal organization of muscle fibers. We next screened the 26 candidate small molecules for their ability to rescue the DMD-like phenotype in this model. None of these 26 candidate compounds presented a statistically therapeutic impact on the pathology’s characteristics of DMD in our zebrafish model. Additional studies aimed at ameliorating the drug screening methods and phenotype readouts in our DMD models are needed in order to use this powerful approach to identify potential therapeutic targets for DMD in humans.