Un nouvel outil d’édition de gènes permettant aux scientifiques de “glisser-déposer” des séquences d’ADN dans le génome, sans induire de coupures importantes, pourrait aider à traiter des maladies génétiques telles que fibrose kystique (CF), selon une étude.
La technologie, appelée à juste titre PASTE (pour ajout programmable via des éléments de ciblage spécifiques au site), “étend les capacités d’édition du génome en permettant une insertion de gènes multiplexés de grande taille sans dépendre des voies de réparation de l’ADN”, ont rapporté ses chercheurs.
En tant que tel, PASTE pourrait être particulièrement utile dans le travail thérapeutique pour les maladies comportant un grand nombre de mutations génétiques. Le potentiel de l’outil dans le traitement FK, causée par près de 2 000 connus mutations dans le CFTR gèneest l’objectif actuel de l’équipe.
“C’est une nouvelle façon génétique de cibler potentiellement ces maladies très difficiles à traiter”, a déclaré Omar Abudayyeh, co-auteur principal de l’étude et chercheur en thérapie génique au Massachusetts Institute of Technology (MIT). communiqué de presse.
Édition de gènes sans cassures double brin risquées dans l’ADN
L’étude, “Insertion génomique par glisser-déposer de grandes séquences sans clivage d’ADN double brin à l’aide d’intégrases dirigées par CRISPR», a été publié dans la revue Biotechnologie naturelle.
L’édition de gènes est un terme général désignant les technologies qui visent à modifier le code génétique à l’intérieur d’une cellule. Théoriquement, l’édition de gènes pourrait offrir un remède fonctionnel pour les troubles génétiques comme la mucoviscidose. Cependant, l’optimisation de l’efficacité et de la sécurité de ces technologies est un défi permanent.
Un problème courant dans les technologies d’édition de gènes est celui des cassures double brin – une “coupure” dans l’ADN. La plupart des stratégies d’édition de gènes reposent sur la réalisation d’une ou plusieurs de ces ruptures, puis sur l’insertion d’un nouveau code génétique lorsque la machinerie de réparation de la cellule va réparer la rupture.
Mais l’utilisation de ruptures double brin comme outil d’édition comporte des risques. En particulier, il peut provoquer des effets hors cible tels que les «indels», où des morceaux d’ADN sont involontairement perdus ou insérés dans le génome.
Une équipe dirigée par des chercheurs du MIT a développé PASTE, un outil pour insérer de gros morceaux d’ADN dans le code génétique d’une cellule sans induire de cassures double brin.
“Nous voulions travailler sur ce que la thérapie génique était censée faire à ses débuts, à savoir remplacer les gènes, et pas seulement corriger les mutations individuelles”, a déclaré Abudayyeh.
L’outil combine une intégrase avec un système CRISPR-Cas9. Les intégrases sont des protéines que certains virus utilisent pour insérer leur matériel génétique dans l’ADN d’une cellule que le virus infecte.
Dans la nature, les intégrases insèrent une charge utile génétique dans un endroit de l’ADN où se trouve une séquence génétique spécifique, appelée «site d’atterrissage». Cela les a rendus historiquement difficiles à utiliser dans un contexte thérapeutique, car les « sites d’atterrissage » dans le génome humain sont très spécifiques.
L’outil utilise CRISPR-Cas9 – une technologie d’édition de gènes qui a été créée en adaptant les systèmes moléculaires que les bactéries utilisent pour se défendre contre les virus infectieux – pour insérer un site d’atterrissage dans le génome. Le site d’atterrissage compte 46 paires de nucléotides, les éléments constitutifs du code génétique. Les ruptures double brin sont évitées en ajoutant d’abord le site d’atterrissage d’un côté de la molécule d’ADN double brin, puis en ajoutant sa séquence complémentaire de l’autre côté.
Une fois que le site d’atterrissage est placé à l’emplacement souhaité dans le génome, l’intégrase peut ajouter de plus grandes séquences d’ADN sans provoquer de ruptures. De cette manière, PASTE peut faciliter le « glisser-déposer » de gros morceaux d’ADN vers un emplacement spécifique.
“Nous pensons qu’il s’agit d’un grand pas vers la réalisation du rêve d’une insertion programmable d’ADN”, a déclaré Jonathan Gootenberg, l’autre co-auteur principal de l’étude et scientifique au McGovern Institute for Brain Research du MIT. “C’est une technique qui peut être facilement adaptée à la fois au site que nous voulons intégrer et à la cargaison.”
Les scientifiques ont testé le système PASTE dans une batterie d’expériences, d’abord sur des modèles cellulaires, puis sur des souris vivantes, en utilisant l’outil pour modifier la séquence de plusieurs gènes cibles différents. Les résultats ont globalement montré que le système fonctionnait comme prévu : il était capable d’insérer de grandes séquences, jusqu’à environ 36 000 paires de nucléotides, avec des efficacités comprises entre 5 % et 60 %.
Ces résultats indiquent que PASTE pourrait insérer efficacement des copies de travail pour plus de 99 % des gènes humains codant pour les protéines, ont déclaré les chercheurs.
Potentiel de thérapie génique CF traitant la plupart des mutations
Notamment, le système a montré une efficacité similaire ou meilleure que d’autres technologies qui fonctionnent en induisant des ruptures double brin, et la fréquence des indels était assez faible.
“Nous voyons très peu d’indels, et comme nous ne faisons pas de cassures double brin, vous n’avez pas à vous soucier des réarrangements chromosomiques ou des suppressions à grande échelle des bras chromosomiques”, a déclaré Abudayyeh.
“Nous n’avons trouvé aucune activité hors cible avec PASTE”, a noté l’équipe dans l’étude.
Ce système pourrait être appliqué quelle que soit la mutation sous-jacente à l’origine de la maladie, ce qui est un avantage par rapport à de nombreuses autres approches, ont déclaré les chercheurs.
“Les approches actuelles d’édition du génome pour des maladies telles que la fibrose kystique… sont limitées, car les systèmes doivent être adaptés à des mutations spécifiques, nécessitant des thérapies d’édition du génome uniques pour chaque sous-ensemble de la population clinique”, ont-ils écrit. “Insertion programmable du [unmutated] Le gène à l’emplacement endogène pourrait traiter la plupart des mutations potentielles, servant de thérapie globale.
Les scientifiques ont mis leur technologie en ligne pour que d’autres chercheurs puissent l’utiliser.
“L’un des aspects fantastiques de l’ingénierie de ces technologies moléculaires est que les gens peuvent s’appuyer sur elles, les développer et les appliquer d’une manière à laquelle nous n’avions peut-être pas pensé ou n’avions pas pensé”, a déclaré Gootenberg. “C’est vraiment formidable de faire partie de cette communauté émergente.”
