Outil CRISPR super précis amélioré par génie enzymatique


L'édition de base offre un meilleur contrôle que le système CRISPR-Cas9 conventionnel (photo).Crédit: Carlos Clarivan / Science Photo Library

Une version ultra-précise de l'outil d'édition du génome CRISPR est encore meilleure. Les chercheurs ont amélioré la précision d'une technique basée sur le système CRISPR – Cas9 populaire mais sujet aux erreurs en créant des enzymes qui peuvent cibler précisément l'ADN sans introduire autant de mutations indésirables.

Les enzymes, rapportées le 10 février dans Biotechnologie de la nature, pourrait rendre une méthode appelée édition de base, qui permet aux chercheurs de convertir une lettre d'ADN en une autre, plus réalisable comme outil de traitement des maladies génétiques.

Édition de base, décrite pour la première fois en 2016, offre un meilleur contrôle que l’édition CRISPR – Cas9 conventionnelle, mais peut également introduire des modifications aléatoires «hors cible» du génome. Les nouvelles enzymes sont moins susceptibles de faire ces erreurs, ce qui pourrait permettre aux chercheurs de développer des thérapies géniques plus sûres.

"L'ère de l'édition du génome humain est à ses débuts fragiles maintenant, et nous nous sentons tous responsables de tout faire pour minimiser le risque d'effets indésirables", explique David Liu, biologiste chimiste au Broad Institute of MIT et Harvard à Cambridge , Massachusetts, dont le groupe a développé les enzymes. "D'autant plus que ces agents commencent à entrer dans les essais cliniques."

CRISPR contrôlable

Même en raison des normes rapides de l'édition du génome, l'édition de base a rapidement gagné la faveur des chercheurs. L'édition CRISPR – Cas9 conventionnelle et l'édition de base utilisent l'enzyme Cas9 pour cibler les modifications de l'ADN vers des sites désignés par un brin d'ARN sur mesure. Dans l'édition CRISPR – Cas9, les chercheurs utilisent l'enzyme Cas9 pour couper les deux brins de l'ADN, puis s'appuient sur les mécanismes de réparation de l'ADN de la cellule pour introduire des changements de séquence d'ADN à ce site. La méthode peut être efficace, mais offre peu de contrôle sur les séquences introduites.

Dans l'édition de base, cependant, la capacité de l'enzyme Cas9 à couper l'ADN est désactivée et fusionnée à d'autres enzymes qui peuvent convertir chimiquement une lettre du code ADN en une autre. Cas9 dirige ces enzymes vers l'emplacement cible où, plutôt que de briser les deux brins de l'ADN, ils réécrivent une lettre spécifique.

Étant donné que de nombreuses maladies humaines héréditaires – l'anémie à hématies falciformes, par exemple – peuvent être causées par des changements d'une seule lettre dans l'ADN, l'édition de base est une approche intéressante pour traiter ces troubles.

Cela fait moins de quatre ans que Liu et ses collègues ont décrit la technique pour la première fois, et à cette époque, le référentiel biologique à but non lucratif Addgene à Watertown, Massachusetts, a distribué 8.000 outils d'édition de base à plusieurs milliers de laboratoires. Et, le 5 février, Beam Therapeutics, une entreprise de Cambridge, Massachusetts, que Liu a cofondée pour commercialiser la technologie, est devenue publique, levant 180 millions de dollars américains.

Modifications indésirables

Mais la technique doit encore être optimisée. L'année dernière, les chercheurs ont rapporté que les enzymes utilisées pour changer la base d'ADN C en T peuvent agir non seulement sur la cible désignée par les chercheurs, mais également à d'autres emplacements aléatoires dans le génome,. Ces effets non ciblés ont soulevé des inquiétudes quant à l'utilisation de la technique pour les thérapies géniques chez les personnes, car des modifications indésirables de l'ADN pourraient potentiellement nuire.

Une partie du problème était que ces changements étaient dispersés au hasard dans le génome, et la seule façon de les détecter était de séquencer le génome complet et édité – une approche lourde et coûteuse.

Pour résoudre ce problème, Liu et ses collègues ont développé plusieurs façons de trouver les mutations hors cible dans les bactéries et les cellules humaines sans séquencer le génome complet. Dans l'une des méthodes, les chercheurs ont inséré les éditeurs de base dans des bactéries et testé la résistance des micro-organismes à un antibiotique. Plus la fréquence à laquelle les cellules bactériennes devenaient résistantes était élevée, plus l'éditeur de base était actif dans la mutation de l'ADN dans les gènes de résistance.

L'équipe a utilisé ses méthodes pour cribler diverses enzymes, à la fois naturelles et modifiées, à la recherche d'enzymes d'édition de base avec une fidélité plus élevée. Le résultat a été une collection d'enzymes qui peuvent convertir C en T sans provoquer autant de mutations hors cible.

La capacité de réduire les changements hors cible est "très importante si quelqu'un utilise l'édition de base comme médicament", explique Caixia Gao, biologiste des plantes à l'Institut de génétique et de biologie du développement de l'Académie chinoise des sciences (CAS) à Pékin. Pour Gao, les méthodes de dépistage de Liu sont plus excitantes que les nouvelles enzymes elles-mêmes. Certains éditeurs de base ne fonctionnent pas bien dans les cellules végétales, a découvert son laboratoire, elle aimerait donc pouvoir dépister spécifiquement ceux qui le font.

Hui Yang, généticien au CAS Institute of Neuroscience de Shanghai, dit que les membres de son laboratoire ont également développé des enzymes d'édition de base améliorées, qui ne génèrent aucune mutation hors cible détectable..

D'autres travaux publiés cette semaine par le laboratoire de Liu pourraient encore renforcer l'utilité de l'approche. En autre Biotechnologie de la nature papier, l'équipe a développé des enzymes Cas9 qui peuvent cibler des régions d'ADN qui étaient auparavant inaccessibles.

Les améliorations apportées à l'édition de base surviennent quelques mois seulement après que Liu a décrit une autre technique alternative CRISPR appelée, qui offre aux chercheurs plus de contrôle sur une variété de changements différents du génome.

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