Les recherches américaines

Katalin Karikó et sa famille sur leur première photo aux États-Unis

Katalin Karikó déménagea aux États-Unis avec sa famille en 1985. Elle et son mari réussirent à passer clandestinement des dollars échangés au marché noir, cousus dans l’ours en peluche de leur fille. Ils avaient vendu tout ce qu’ils possédaient pour acheter leurs billets aller simple. Ils ont dû entamer une toute nouvelle vie. Des possibilités de bourses d’études les attendaient en Espagne, en France et en Grande-Bretagne, mais la plus prometteuse était un emploi aux États-Unis. Sa famille l’a soutenue de toutes les manières possibles, et elle a passé la plupart de son temps au laboratoire, àeffectuer des recherches de manière obsessionnelle ou à passer en revue la littérature. Elle poursuivit ses travaux au département de biochimie de la Temple University de Philadelphie, dans le laboratoire de Robert Suhadolnik, un expert des nucléosides modifiés. Dans la continuité de ses recherches à Szeged, ils tentèrent de concevoir et d’introduire des oligonucléotides synthétiques antiviraux dans les cellules en modifiant les nucléosides. Certains de leurs développements ont atteint le stade des essais cliniques, mais la technique d’administration des cellules n’était pas encore adéquate. Elle a ensuite travaillé pendant une courte période à la station de recherche de Bethesda (MD), au nord-est de Washington. C’est là qu’elle a fait connaissance des interférons et qu’elle s’est vraiment intéressée à la biologie moléculaire. Ce travail impliquait un long trajet entre Bethesda et Philadelphie.

Katalin Karikó dans le laboratoire de recherche à l'UPenn

Forte de l’expérience acquise, elle poursuivit sa tâche à l’Université de Pennsylvanie (École de médecine, Département de médecine, Division cardiovasculaire) à partir de 1989. Elle décida alors de rendre l’ARNm utilisable à des fins thérapeutiques. Comme l’ARNm est une molécule instable et qu’à l’époque, les problèmes de livraison et de synthèse dans la cellule venaient d’être résolus, peu de gens lui donnaient une chance. À tel point que ses demandes furent toujours rejetées. En 1995, elle fut même rétrogradée, sans pouvoir obtenir un poste de professeur titulaire. En dépit de toutes ces difficultés, elle s’en tint à son sujet de prédilection, bien qu’elle se demandât parfois si elle ne devait pas en changer.
Le principal sujet de recherche du département de cardiologie de l’université était l’administration du récepteur de l’urokinase dans les cellules en utilisant un ARNm synthétique et la lipofectine comme mode d’administration. La méthode s’est avérée efficace en culture cellulaire, avec des modifications post-traductionnelles également présentes dans la protéine fonctionnelle finie – un résultat qui l’emplit de confiance.

Drew Weissman et Katalin Karikó

Lorsqu’elle reprit son travail en neurochirurgie en 1998 avec l’immunologiste Drew Weissman (Université de Pennsylvanie, école de médecine Perelman, département de neurochirurgie, laboratoire Weissman), ils axèrent la recherche sur le développement de vaccins contre le virus VIH. Weissman essaya d’abord l’ADN puis passa à l’ARNm sur le conseil de Kariko. À l’époque, ils ignoraient combien leur collaboration serait longue et fructueuse. Contrairement à ce qui s’était passé auparavant, ils utilisèrent des cellules immunitaires (cellules dendritiques humaines) et découvrirent rapidement que l’ARNm synthétique qu’ils avaient injecté induisait malheureusement une réponse immunitaire (2000).

Le laboratoire de recherche de Katalin Karikó dans le bâtiment Stemmler à l'UPenn

D’autres auraient pu être rebutés par ce constat, mais Katalin Karikó renouvela ses efforts pour trouver une solution. La recherche fut alors concentrée sur les causes de ce phénomène et sur la manière d’éviter une réponse immunitaire indésirable. L’objectif principal de ses recherches était d’étudier le potentiel thérapeutique des ARNm et les interactions entre les ARNm synthétiques et le système immunitaire, et plus tard le rôle des récepteurs immunitaires se liant à l’ARN (certains récepteurs Toll).

Katalin Karikó avec son futur collègue Uğur Şahin

Katalin Karikó Vice-présidente senior chez BioNTech RNA Pharmaceuticals, Mayence

Les effets de différents isolats d’ARN sur les cellules immunitaires ont été étudiés. De manière inattendue, il s’avéra que la molécule d’ARN de transfert (ARNt) était la moins immunogène. On pensait que la raison en était que ce dernier contient un grand nombre de nucléosides modifiés. On savait que plus de cent types de modifications étaient possibles, mais à l’époque, les enzymes qui les produisaient n’étaient pas connues et seuls quelques types de nucléosides modifiés étaient disponibles pour la synthèse. Les nucléosides modifiés qui n’existent pas à l’état naturel ne furent pas utilisés, compte tenu d’expériences négatives antérieures tentées par d’autres chercheurs. Sur les dix types de molécules alors disponibles sur le marché, seuls cinq pouvaient être incorporés dans la molécule d’ARNm synthétique. Heureusement, on a découvert quatre modifications de la base uridine permettant à la molécule d’être non immunogène (2005).
En 2008, il devint aussi évident que l’incorporation de la pseudouridine – l’une des quatre uridines modifiées – dans la molécule d’ARNm entraînait la production de grandes quantités de protéines. Ces découvertes furent une véritable percée. En 2006, ils déposèrent avec succès une demande auprès du National Institute of Health (NIH) aux États-Unis. Bien que leurs résultats n’aient pas été remarqués pendant un certain temps, deux sociétés basées sur cette technologie, BioNTech et Moderna, ont été fondées respectivement en 2008 et 2010. Kariko et Weissmann ont également fondé une société en 2005 appelée RNARx, mais sans réussir à obtenir les droits de brevet. Ils appartenaient à l’Université de Pennsylvanie et ont ensuite été acquis par Moderna et BioNTech par le biais de CellScript LLC.
En 2011, Norbert Pardi qui avait également étudié et obtenu son doctorat en biologie à Szeged, a rejoint le groupe de recherche de Katalin Karikó. En 2012, des études animales in vivo ont démontré que la procédure ne déclenche pas de réponse immunitaire et produit des protéines fonctionnelles. En 2013, BioNTech, la plus grande société biotechnologique privée en Europe, offrit à Katalin Karikó le poste de vice-présidente principale. Elle rejoignit l’entreprise avec son collègue Hiromi Muramatsu, avec qui ils avaient déjà beaucoup travaillé ensemble en laboratoire. Ils voulaient travailler avec une entreprise qui avait un programme clinique et ayant déjà préparé de l’ARNm à des fins thérapeutiques. Ils lancèrent le programme d’ARNm modifié de l’entreprise. Comme elle ne devait plus rester à l’université, Norbert Pardi a succédé à Kariko à la tête du laboratoire de Philadelphie.

Katalin Karikó avec Norbert Pardi dans leur laboratoire à l'UPenn

En 2017, avec Norbert Pardi, ils développèrent le premier vaccin contenant un ARNm modifié encapsulé dans des nanoparticules lipidiques. Celui-ci a été conçu pour cibler le virus Zika. Et en 2020, la pandémie de COVID-19 a apporté au professeur une renommée mondiale pour le développement d’un vaccin conjointement par BioNTech et Pfizer.