Un nouvel outil CRISPR ultra-précis pourrait s’attaquer à une pléthore de maladies génétiques

Malgré la facilité avec laquelle le très populaire outil d’édition de gènes CRISPR–Cas9 modifie les génomes, il reste un peu maladroit et sujet aux erreurs et aux effets involontaires. Maintenant, une alternative récemment développée offre un meilleur contrôle sur les modifications du génome — une avancée qui pourrait être particulièrement importante pour le développement de thérapies géniques.

La méthode alternative, appelée édition prime, améliore les chances que les chercheurs se retrouvent avec uniquement les modifications qu’ils souhaitent, au lieu d’un mélange de changements qu’ils ne peuvent pas prédire. L’outil, décrit dans une étude publiée le 21 octobre dans Nature1, réduit également les effets « hors cible » qui constituent un défi majeur pour certaines applications du système standard CRISPR-Cas9. Cela pourrait rendre les thérapies géniques basées sur l’édition prime plus sûres pour une utilisation chez les personnes.

L’outil semble également capable de faire une plus grande variété de modifications, ce qui pourrait un jour permettre de l’utiliser pour traiter les nombreuses maladies génétiques qui ont jusqu’à présent empêché les éditeurs de gènes. David Liu, biologiste chimiste au Broad Institute of MIT et à Harvard à Cambridge (Massachusetts) et auteur principal de l’étude, estime que la première édition pourrait aider les chercheurs à s’attaquer à près de 90% des plus de 75 000 variantes d’ADN associées à la maladie répertoriées dans ClinVar, une base de données publique développée par les Instituts nationaux de la santé des États-Unis.

La spécificité des changements dont ce dernier outil est capable pourrait également permettre aux chercheurs de développer plus facilement des modèles de maladies en laboratoire ou d’étudier la fonction de gènes spécifiques, explique Liu.

« Ce sont les premiers jours, mais les premiers résultats sont fantastiques”, explique Brittany Adamson, qui étudie la réparation de l’ADN et l’édition des gènes à l’Université de Princeton dans le New Jersey. « Vous allez voir beaucoup de gens l’utiliser. »

L’édition prime peut ne pas être en mesure de réaliser les très grandes insertions ou suppressions d’ADN dont CRISPR–Cas9 est capable — il est donc peu probable qu’elle remplace complètement l’outil d’édition bien établi, explique le biologiste moléculaire Erik Sontheimer de la Faculté de médecine de l’Université du Massachusetts à Worcester. En effet, pour l’édition prime, le changement qu’un chercheur veut apporter est codé sur un brin d’ARN. Plus ce brin est long, plus il est susceptible d’être endommagé par des enzymes dans la cellule.

« Différentes saveurs de plates-formes d’édition du génome vont encore être nécessaires pour différents types de modifications”, explique Sontheimer.

Mais l’édition prime semble être plus précise et polyvalente que les autres alternatives CRISPR développées jusqu’à présent. Ceux–ci incluent des versions modifiées de CRISPR-Cas9 qui permettent aux chercheurs d’échanger une lettre d’ADN contre une autre, et des outils plus anciens tels que les nucléases à doigts de zinc, qui sont difficiles à adapter à chaque modification souhaitée.

Liberté par le contrôle

CRISPR-Cas9 et l’édition prime fonctionnent toutes deux en coupant l’ADN à un point spécifique du génome. CRISPR-Cas9 brise les deux brins de la double hélice d’ADN, puis s’appuie sur le propre système de réparation de la cellule pour réparer les dommages et apporter les modifications. Mais ce système de réparation n’est pas fiable et peut insérer ou supprimer des lettres d’ADN aux points où le génome a été coupé. Cela peut conduire à un mélange incontrôlable de modifications qui varient d’une cellule à l’autre.

De plus, même lorsque les chercheurs incluent un modèle pour guider la façon dont le génome est édité, le système de réparation de l’ADN dans la plupart des cellules est beaucoup plus susceptible de faire ces petites insertions ou délétions aléatoires que d’ajouter une séquence d’ADN spécifique au génome. Cela rend difficile – et dans certains cas, presque impossible — pour les chercheurs d’utiliser CRISPR–Cas9 pour écraser un morceau d’ADN avec une séquence de leur choix.

L’édition Prime contourne ces problèmes (voir ‘Éditeur de précision’). Bien qu’il utilise également Cas9 pour reconnaître des séquences d’ADN spécifiques — tout comme le fait CRISPR–Cas9 — l’enzyme Cas9 de l’outil d’édition prime est modifiée pour ne nick qu’un seul brin d’ADN. Ensuite, une deuxième enzyme appelée transcriptase inverse et guidée par un brin d’ARN, effectue les modifications au site de la coupe.

Les enzymes d’édition principales n’ont pas à casser les deux brins d’ADN pour apporter des modifications, libérant ainsi les chercheurs de s’appuyer sur le système de réparation de l’ADN de la cellule — qu’ils ne peuvent pas contrôler — pour faire les modifications qu’ils veulent. Cela signifie que l’édition prime pourrait permettre le développement de traitements pour les maladies génétiques causées par des mutations qui ne sont pas facilement traitées par les outils d’édition de gènes existants.

Un outil polyvalent

Auparavant, les chercheurs, dont Liu, pensaient qu’ils auraient besoin de développer des outils d’édition de gènes spécifiques à chaque catégorie de changements qu’ils voulaient effectuer dans un génome: insertions, délétions ou substitutions de lettres d’ADN. Et les options étaient limitées lorsqu’il s’agissait de faire des substitutions précises.

Une technique plus ancienne, appelée édition de base, qui est comparable en précision à l’édition initiale, convertit chimiquement une lettre d’ADN directement en une autre – ce que CRISPR-Cas9 ne peut pas faire – comme convertir un T en A ou un G en C, sans casser les deux brins d’ADN.2. Développé par Liu, l’édition de base pourrait être utile pour corriger certaines maladies génétiques causées par des mutations à une lettre, y compris la forme la plus courante d’anémie falciforme.

Mais l’édition de base ne peut pas aider avec les troubles génétiques causés par des mutations à plusieurs lettres telles que la maladie de Tay–Sachs, une maladie généralement mortelle généralement causée par l’insertion de quatre lettres d’ADN dans le gène HEXA.

Liu et ses collègues ont donc entrepris de créer un outil précis d’édition de gènes qui donnait aux chercheurs la flexibilité et le contrôle nécessaires pour effectuer plusieurs types d’édition sans avoir à créer de systèmes sur mesure. En 2018, l’équipe a frappé sur l’édition prime: une combinaison d’enzymes, y compris une enzyme Cas9 modifiée, qui pourrait modifier des lettres d’ADN individuelles, supprimer des lettres ou insérer une série de lettres dans un génome, avec un minimum de dommages aux brins d’ADN.

 » C’est fantastique ”, dit Sontheimer. « L’ampleur des mutations qui peuvent être introduites est l’une des plus grandes avancées. C’est énorme. »

Mais l’équipe de Liu et d’autres personnes devront maintenant évaluer soigneusement le fonctionnement du système dans une variété de cellules et d’organismes. ”Cette première étude n’est que le début — plutôt que la fin — d’une aspiration de longue date dans les sciences de la vie à pouvoir modifier l’ADN à n’importe quelle position dans un organisme », explique Liu.