Comprendre les vaccins à ARN

La pandémie de Covid-19 a brusquement confronté la plupart d’entre nous à de nombreux nouveaux concepts : virus, immunité, ARN et ADN, etc. Les enjeux sont si importants, à titre collectif et à titre individuel (protection, vaccination, vie sociale), qu’il importe d’essayer de comprendre ces concepts, parfois complexes. Les vaccins à ARN (acide ribonucléique) sont ainsi apparus pour le grand public à la fois comme de possibles éléments de sortie de crise, mais aussi comme des concepts complètement nouveaux suscitant, légitimement, des interrogations.

Quelques notions de base

Génétique et fonctionnement cellulaire
La génétique est la science de l’hérédité. On y traite du matériel et des processus qui nous permettent de maintenir notre intégrité d’individu et d’espèce, au cours du temps, tout en autorisant des variations, des changements. Il faut savoir que le corps humain est constitué de milliards de cellules comportant chacune un noyau (à l’exception des globules rouges) renfermant toute notre information génétique. Celle-ci est contenue dans nos chromosomes, constitués d’une très grosse molécule, l’ADN (acide désoxyribonucléique). Cette molécule possède le « plan détaillé » de notre organisme sous la forme de séquences de gènes qui codent pour nos protéines et permettent à nos cellules de synthétiser spécifiquement les protéines utiles à notre organisme.

Dans la cellule, l’ADN se trouve dans le noyau alors que les protéines sont fabriquées dans le cytoplasme. L’information doit donc transiter du noyau vers le cytoplasme. Ce transfert s’effectue grâce à un intermédiaire, une sorte de copie du gène que l’on appelle ARN messager (ARNm) synthétisé dans le noyau des cellules [1] à partir d’un brin d’ADN : c’est la phase de transcription. Tous les ARNm synthétisés sont transitoires, avec des temps de demi-vie (période pendant laquelle la moitié de ces brins vont disparaître) variant de 15 minutes à 24 heures, révélateurs de leur vitesse de dégradation et montrant que l’élimination des ARNm est un processus spécifique très contrôlé [2].

Le système immunitaire
L’immunologie est la science dont l’objet d’étude est le système immunitaire, un système complexe qui permet à l’organisme de distinguer le soi du non-soi. Autrement dit, elle étudie les réactions de défense face à un organisme étranger (virus, bactéries, allergènes, etc.).

La vaccination n’est rien d’autre que l’entraînement de notre système immunitaire pour nous préparer à la rencontre avec un pathogène. En l’occurrence, il s’agit ici de nous préparer à la rencontre avec le SARS-CoV-2, le virus à ARN responsable de la Covid-19. Pour cela, une protéine spécifique du virus a été ciblée, la protéine Spike (ou protéine S) qui s’accroche aux cellules pour les infecter. Apprendre à l’avance à notre système immunitaire à reconnaître cette protéine pourra lui permettre de réagir immédiatement lorsque le virus se présentera. Cet apprentissage peut se faire de deux manières : soit via des cellules qui se retrouveront à exprimer cette protéine S à leur surface, soit par ingestion des cellules exprimant la protéine S par phagocytose. Cette protéine S sera alors identifiée comme une intruse (on parle d’antigène) ; d’autres cellules seront alors activées et recrutées pour neutraliser cet antigène circulant dans le sang et éliminer les cellules qui l’expriment.

Les vaccins à ARNm

Les vaccins à ARNm (Pfizer-BioNTech et Moderna) sont à la croisée des chemins entre la génétique et l’immunologie. Le développement de cette technologie est le fruit de trois décennies de recherche fondamentale [3, 4, 5]. La mise au point des vaccins dérivés de ces recherches n’aura nécessité que quelques mois et a suivi toutes les phases d’essais préalables aux autorisations réglementaires [6]. Contrairement aux vaccins habituels, les vaccins à ARNm ne prévoient pas d’injecter le virus inactif ou affaibli, ou bien une partie de ce virus, mais de faire directement synthétiser par des cellules de la personne vaccinée la protéine virale d’intérêt à partir de la séquence de l’ARNm injecté [7, 8]. Dans les deux cas, il s’agit d’entraîner le système immunitaire pour lui permettre de reconnaître le virus quand il se présentera.

La Food and Drug Administration (Agence américaine des produits alimentaires et médicamenteux) et Pfizer ont décidé de publier la formulation du vaccin [9, 10]. Décodons sa composition avant de parler du principe actif en lui-même et de son mode de fonctionnement.

Les excipients du vaccin
L’ARNm ne peut pas être injecté « nu » car il serait immédiatement détruit. Une enveloppe de lipides assure donc un rôle protecteur et favorise également sa pénétration dans les cellules. La composition de ces vésicules lipidiques, d’environ cent nanomètres de diamètre, est propre à chaque laboratoire. Ces vésicules et l’ARNm qu’elles contiennent se présentent sous forme de nanoparticules.

De plus, le vaccin contient divers sels constituant une solution saline habituelle dans les vaccins. Elle a pour but d’équilibrer le pH de la solution afin de se rapprocher du pH naturel du corps humain. Un vaccin qui serait trop acide ou trop basique pourrait causer des dommages aux cellules ou être trop rapidement dégradé.

On trouve également un sucre, le saccharose, qui sert de conservateur afin de protéger les nanoparticules durant la congélation et d’éviter qu’elles ne se collent entre elles. Enfin, lors de l’injection, de l’eau est rajoutée au vaccin pour le diluer et faciliter son administration.

Contrairement aux vaccins à virus inactivé ou à protéine recombinante, les vaccins à ARNm ne nécessitent aucun adjuvant. Rappelons qu’un adjuvant est une substance qui, lorsqu’elle est administrée conjointement avec un antigène, stimule, active, prolonge, renforce ou module le système immunitaire. De fait, l’eau, le saccharose ou les lipides constituant la paroi des vésicules dans lesquelles sont contenus les brins d’ARNm ne peuvent être assimilés à des adjuvants car ils ne contribuent en aucune manière à la réponse immunitaire.

L’ARNm : le principe actif
Le principe actif du vaccin est l’ARNm, et lui seul. Pour l’obtenir, il a suffi de rentrer une séquence de 4 284 caractères, correspondant aux nucléotides de la séquence codant pour la protéine S du virus, dans une imprimante à ADN. Cette machine produit alors de vrais fragments d’ADN qui, après quelques traitements biologiques et chimiques, vont être convertis en multiples fragments identiques d’ARNm. Les multiples copies de ce fragment d’ARNm, codant pour la protéine S, seront ensuite injectées lors de la vaccination.

Toutefois, la séquence génétique de cet ARNm a été légèrement modifiée pour une meilleure réponse vaccinale [11, 12]. Elle a été optimisée pour garantir que la protéine S produite soit dans la même conformation que celle du virus [8], déclenchant une réponse immunitaire optimale [13, 14, 15]. Cette opération ne présente pas de difficulté particulière. Il suffit juste de substituer quelques nucléotides à d’autres lors de la synthèse du brin d’ARNm.

Le mode d’action
Après l’injection, l’ARNm, encapsulé dans sa nanoparticule lipidique, traverse la membrane des cellules de muscle et arrive dans le cytoplasme de ces dernières où il pourra être traduit en protéine, puis dégradé. Notre corps disposant d’un puissant système immunitaire, notamment contre les virus, les cellules de notre organisme sont très réactives vis-à-vis d’un ARNm étranger et font tout leur possible pour le détruire avant qu’il ne puisse faire quoi que ce soit. Au fil des années et des expérimentations, on a découvert qu’une légère modification dans l’ARNm permettait d’éviter cette réaction. Notre système immunitaire reste aveugle à cette modification et laisse passer la séquence ARN introduite permettant à la traduction (synthèse de la protéine S qui servira à créer la mémoire immunitaire) de se dérouler dans les meilleures conditions [16]. Une fois ces protéines S exprimées à la surface des cellules ou excrétées dans le sang, elles vont être reconnues par des cellules immunitaires spécifiques, les lymphocytes B, qui vont alors s’activer. Il y a ensuite production d’anticorps neutralisants par ces lymphocytes B et génération de lymphocytes B mémoire. D’autres cellules chargées de détruire les cellules infectées sont à leur tour recrutées, les lymphocytes T cytotoxiques. Comme pour les lymphocytes B, des lymphocytes T mémoire sont également générés. En cas de rencontre ultérieure avec le coronavirus, ce sont ces cellules mémoire (B et T) qui pourront détecter et combattre plus rapidement le virus par une réaction humorale et la destruction des cellules infectées par le SARS-CoV-2.

Effets secondaires possibles

Comme tout vaccin, les vaccins à ARNm peuvent provoquer des effets secondaires. À la suite d’une injection d’un vaccin à ARNm, il y a stimulation de la réponse immunitaire innée. Cette réponse immunitaire rapide et non spécifique est déclenchée par des récepteurs se situant dans des vésicules de transport issues de la fusion de la membrane cellulaire avec la nanoparticule lipidique encapsulant l’ARNm. L’activation de ces récepteurs induit un « signal d’alerte » et l’expression de certaines substances chimiques, appelées cytokines. Ces cytokines et d’autres molécules impliquées dans la réaction inflammatoire sont propices au recrutement et à l’activation adéquate des cellules immunitaires, ainsi qu’à l’acquisition de la mémoire immunitaire. Plus la dose d’ARNm augmente, plus les effets sont importants (douleur au point d’injection, fièvre). Ils ne sont cependant que le signe que le vaccin induit bien une réponse immunitaire. La modification des nucléotides de l’ARNm, évoquée précédemment, réduit en principe le risque inflammatoire, tout comme le mode d’injection intramusculaire. Un choc anaphylactique peut cependant survenir dans un cas sur cent mille [17]. Cela justifie d’administrer les vaccins sous la surveillance du personnel médical afin de pouvoir intervenir tout de suite dans le cas où cela se produirait.

Plusieurs cas de paralysie faciale ont été rapportés dans les essais cliniques de Pfizer-BioNTech et Moderna [6, 18]. Dans celui de PfizerBioNTech, il y a eu quatre cas dans le groupe des participants vaccinés, dont deux attribués au vaccin, contre aucun dans le groupe placebo. La paralysie faciale est apparue pour un cas le jour 37 après la dose 1 (ce participant n’a pas reçu la dose 2) et les jours 3, 9 et 48 après la dose 2 pour les trois autres. Dans l’essai de Moderna, il y a eu trois cas dans le groupe vacciné et un dans le groupe placebo. Ces paralysies ont cessé après quelques jours et ces événements font l’objet d’une surveillance particulière depuis la mise sur le marché des vaccins.

Un médecin à Miami [19] ainsi que vingt-trois personnes âgées en Norvège [20] sont morts après s’être fait vacciner, dans le cadre des campagnes vaccinales de ces deux pays. Dans le cas du médecin américain, une enquête a été ouverte sans savoir à ce jour si sa mort est liée à l’injection, des cas de thrombopénie (diminution importante du niveau de plaquettes dans le sang) ayant déjà été décrits chez des individus atteints par la Covid-19 [21]. Pour ce qui est des décès norvégiens, 13 des cas avaient été investigués sur un total de 43 740 patients vaccinés au 15 janvier. Les investigations ont montré que « les effets indésirables habituels des vaccins à ARN messager, comme la fièvre et la nausée, ont pu contribuer au décès de certains patients fragiles » d’après Sigurd Hortemo, médecin en chef de l’agence norvégienne du médicament, dans un communiqué du même jour [22], et repris par d’autres confrères [23]. Il est possible de suivre sur le site Internet de l’agence les signalements d’effets indésirables suspectés et le nombre de morts par classe d’âge. Au 2 mars 2021, 111 décès étaient enregistrés sur un total de 346 439 patients ayant reçu une première injection du vaccin ; 110 de ces décès sont en lien avec le vaccin Pfizer-BioNTech et 1 avec le vaccin Moderna [24]. Ces chiffres peuvent s’expliquer par le fait que le vaccin Pfizer-BioNTech a été le premier à être utilisé pour les patients les plus vulnérables et les plus âgés (au-delà de 85 ans). L’âge moyen des décès est de 87 ans et sur une telle cohorte d’individus il est tout à fait normal d’observer des décès, notamment liés à l’âge. Comme des millions de personnes vont recevoir ces vaccins, d’autres décès seront inévitablement déclarés tout au long des campagnes de vaccination, et des investigations, au cas par cas, devront alors être menées par les autorités compétentes dans chacun des pays concernés.

Interaction avec le génome humain

De nombreuses rumeurs insinuent que ces vaccins pourraient entraîner chez les patients receveurs des mutations génétiques, qui plus est transmissibles aux enfants. Ces affirmations sont, par exemple, portées par l’infectiologue Christian Perronne [25] et l’anesthésiste-réanimateur Louis Fouché [26] dans un texte et une vidéo qui circulent sur les réseaux sociaux depuis la fin du mois de novembre et qui ont été partagés des dizaines de milliers de fois sur Facebook. Ces messages sont évidemment alarmants mais ne reflètent pas la réalité.

Rappelons que lors de la vaccination, l’injection se fait en intramusculaire, ce qui veut dire que l’ARNm va pénétrer dans le cytoplasme des cellules musculaires. L’ARNm y est alors traduit rapidement en protéine S, puis dégradé. De l’ARNm peut-il être intégré au génome de la cellule ? La réponse est oui à la condition qu’il soit accompagné d’une enzyme appelée transcriptase inverse. Cette enzyme n’existe pas dans le corps humain à moins d’y être présente via un rétrovirus comme le virus du sida qui, lui, possède cette enzyme. Elle permet de convertir l’ARN en ADN. Le brin d’ADN résultant de cette réaction est appelé ADN complémentaire (ADNc). C’est ce brin d’ADN qui pourrait s’insérer dans le génome de la cellule. Rappelons que cela ne pourrait pas arriver au niveau des cellules musculaires puisque le VIH infecte uniquement des lymphocytes T de notre système immunitaire.

Cependant, les cas de malades à nouveau testés positifs à la Covid-19 par test PCR, plusieurs mois après la primo-infection, ont poussé certains scientifiques à s’interroger sur la possible intégration de fragments de SARS-CoV-2 dans l’ADN de certaines cellules. Ce virus n’ayant pas de transcriptase inverse, ils ont dû stimuler in vitro l’expression de la transcriptase inverse. Cela a été réalisé dans des cellules infectées par le HIV-1 et dans des cellules où ils ont stimulé des rétrotransposons Line-1, correspondant à de petits morceaux d’ADN de quelques milliers de paires de nucléotides intercalés dans le génome humain. Ces courtes séquences d’ADN sont capables d’être transcrites en ARNm et codent, entre autres, pour une transcriptase inverse qui leur permet de se répliquer et de s’intégrer dans d’autres régions du génome. Les résultats de ces chercheurs suggèrent qu’il est possible, dans certaines conditions, que des petits fragments de l’ARN viral puissent s’insérer dans le matériel génétique des cellules, surexprimant une transcriptase inverse [27].

Même si ces expériences ont été réalisées in vitro, cela conduit à ne pas écarter complètement la possibilité d’intégration d’un morceau de l’ARNm chez des patients infectés par le virus du sida ou bien chez des patients dont le rétrotransposon Line-1 serait suractivé, par un mécanisme moléculaire encore inconnu, au niveau des cellules musculaires. Selon ce scénario, même s’il reste très peu probable, les cellules ainsi modifiées se mettront à produire la protéine Spike qui sera exprimée à la surface de leur membrane et elles seront alors ciblées et détruites par le système immunitaire. Leur lignée s’interrompra et leur ADN sera détruit. À aucun moment ces cellules ne pourraient être à l’origine d’un cancer ou bien responsables d’une transmission aux cellules germinales (et donc à la descendance).