“Un accident amusant” augmente l’efficacité de CRISPR

Les scientifiques ont triplé l’efficacité de l’édition de gènes CRISPR/Cas9 en utilisant la réticulation, sans utiliser de matériel viral pour la livraison. Cette approche améliore les mécanismes de réparation naturels de la cellule, permettant une édition génétique plus précise et efficace, améliorant potentiellement la recherche sur les maladies et le travail préclinique.

L’édition de gènes est une méthode efficace de recherche et de traitement. Depuis l’émergence de la technologie CRISPR/Cas9, lauréate du prix Nobel, un outil d’édition du génome rapide et précis inventé en 2012, les scientifiques ont travaillé pour explorer ses capacités et améliorer ses performances.

Des chercheurs de l’Université de Californie, Laboratoire de Santa Barbara, ont ajouté le biologiste Chris Richardson à cette boîte à outils en pleine croissance, en augmentant l’efficacité de l’édition CRISPR/Cas9 sans utiliser de matériel viral pour fournir le modèle génétique utilisé pour éditer les séquences de gènes cibles. Selon leur nouvel article publié dans la revue Biotechnologie naturelleLeur méthode a presque triplé la réparation dirigée par l’homologie (une étape du processus d’édition de gènes) “sans augmenter la fréquence des mutations ni modifier le résultat de la réparation d’amarrage terminale”.

“Nous avons découvert des modifications chimiques qui améliorent l’édition de gènes non viraux et nous avons également découvert un nouveau type passionnant[{“attribut=””>réparationdel’ADN”adéclaréRichardson[{”attribute=””>DNArepair”Richardsonsaid

Rechercher, couper et coller

La méthode CRISPR/Cas9 fonctionne en capitalisant sur une technique de défense employée par les bactéries contre les attaquants viraux. Pour ce faire, les bactéries coupent un morceau de l’envahisseur

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>virus[{“attribute=””>virusmatériel génétique et l’incorporer dans le sien pour le reconnaître plus tard. Si les bactéries sont réinfectées, elles peuvent cibler les séquences génétiques désormais familières pour les détruire.

Dans l’édition de gènes, ce processus utilise l’enzyme Cas9 comme “ciseaux” moléculaires pour couper les séquences qu’il reconnaît, guidé par le système CRISPR. Cette coupe est également l’occasion de remplacer les gènes coupés par des gènes similaires (homologues) mais améliorés, en utilisant les mécanismes de réparation naturels de la cellule. En cas de succès, la cellule devrait avoir des expressions et des fonctions modifiées par la suite.

Pour délivrer l’ADN matrice de réparation au noyau de la cellule où vit son matériel génétique, on utilise souvent des virus. Bien qu’ils soient efficaces, selon les chercheurs, les flux de travail viraux “sont coûteux, difficiles à mettre à l’échelle et potentiellement toxiques pour les cellules”.

Les modèles non viraux sont potentiellement moins coûteux et plus évolutifs, bien que les chercheurs doivent encore surmonter les obstacles à l’efficacité et à la toxicité. Dans leur étude, le laboratoire Richardson a découvert que l’introduction de liaisons croisées entre les brins dans le flux de travail augmentait considérablement la réparation dirigée par l’homologie.

“Chaque flux de travail dans lequel nous avons mis cette approche a fonctionné environ trois fois mieux”, a déclaré Richardson.

Les réticulations interbrins sont des lésions qui maintiennent les doubles brins d’une hélice d’ADN attachés les uns aux autres, les rendant incapables de se répliquer. Les chimiothérapies anticancéreuses utilisent ce mécanisme pour interrompre la croissance tumorale et tuer les cellules cancéreuses. Cependant, ajoutés à un modèle de réparation dirigé par homologie, ces liens croisés stimulent les mécanismes de réparation naturels de la cellule et augmentent la probabilité de succès de l’édition.

“En gros, ce que nous avons fait, c’est prendre cet ADN modèle et l’endommager”, a déclaré Richardson. « Nous l’avons en fait endommagé de la manière la plus grave à laquelle je puisse penser. Et la cellule ne dit pas : ‘Hé, c’est de la camelote ; laissez-moi le jeter. Ce que la cellule dit en fait, c’est : « Hé, ça a l’air super ; permettez-moi de le coller dans mon génome. » Le résultat est un système non viral d’édition de gènes très efficace et peu sujet aux erreurs.

Leur découverte, comme de nombreuses percées scientifiques, était en fait un heureux accident. Alors qu’elle travaillait à purifier les protéines pour étudier la réparation de l’ADN, la chercheuse diplômée et auteure principale Hannah Ghasemi a noté des changements imprévus dans les résultats de leurs expériences.

«Nous introduisions ces modifications chimiques dans les matrices d’ADN afin de pouvoir les extraire des cellules et de voir quelles protéines leur étaient liées, et je vérifiais simplement si cette modification avait en quelque sorte affecté l’édition à quelque titre que ce soit. ,” dit-elle. “Je m’attendais soit à ne voir aucun changement, soit à ce que cela ait pu affecter négativement le montage.”

Ce qu’elle a trouvé à la place était un effet positif, jusqu’à trois fois l’activité d’édition des contrôles non réticulés. De plus, l’équipe a constaté que même avec l’augmentation des modifications – et donc des risques d’erreurs – il n’y avait pas d’augmentation de la fréquence des mutations. Ils étudient toujours les mécanismes spécifiques conduisant à ce résultat, mais ils ont des idées.

“Ce que nous pensons qu’il se passe, c’est que la cellule détecte et essaie de réparer l’ADN endommagé auquel nous avons ajouté cette réticulation”, a déclaré Richardson. « Et ce faisant, il retarde la cellule au-delà d’un point de contrôle où elle arrêterait normalement ce processus de recombinaison. Et donc en prolongeant le temps qu’il faut à la cellule pour faire cette recombinaison, il est plus probable que les modifications soient terminées. L’étude de ce nouveau processus pourrait également conduire à une meilleure compréhension de la façon dont les cellules détectent les réactifs d’édition et comment elles “décident” de les accepter ou non, a-t-il déclaré.

Cette méthode sera la plus utilisée dans les applications d’édition de gènes ex vivo, selon l’équipe, c’est-à-dire dans le domaine de la recherche sur les maladies et du travail préclinique.

“Nous pouvons plus efficacement éliminer les gènes et insérer des éléments dans les génomes pour étudier des systèmes en dehors du corps humain dans un environnement de laboratoire”, a déclaré Ghasemi. Ce développement leur permet de construire plus efficacement des modèles de maladies et de tester des hypothèses sur le fonctionnement des maladies, ce qui pourrait conduire à de meilleures approches cliniques et thérapeutiques.

Référence : “La réticulation interbrins de l’ADN modèle de réparation homologue améliore l’édition de gènes dans les cellules humaines” par Hannah I. Ghasemi, Julien Bacal, Amanda C. Yoon, Katherine U. Tavasoli, Carmen Cruz, Jonathan T. Vu, Brooke M. Gardner et Chris D. Richardson, 27 février 2023, Biotechnologie naturelle.
DOI: 10.1038/s41587-022-01654-y