Des chercheurs découvrent un moyen d’améliorer l’édition de gènes non viraux ainsi qu’un nouveau type de réparation de l’ADN

L’édition de gènes est une méthode efficace pour la recherche et le traitement. Depuis l’avènement de la technologie CRISPR/Cas9, lauréate du prix Nobel, un outil d’édition du génome rapide et précis découvert 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, le biologiste Chris Richardson, ont ajouté à cette boîte à outils en pleine croissance, un moyen d’augmenter l’efficacité de l’édition CRISPR/Cas9 sans utiliser de matériel viral pour fournir le modèle génétique utilisé pour éditer la séquence du gène cible. Selon leur nouvel article publié dans la revue Biotechnologie naturelleSelon les chercheurs, leur méthode induit une réparation dirigée par l’homologie (une étape du processus d’édition de gènes) d’environ trois fois « sans augmenter les fréquences de mutation ni modifier le résultat de la réparation par épissage final ».

« Nous avons trouvé une modification chimique qui améliore l’édition de gènes non viraux et nous avons également découvert un nouveau type intéressant de réparation de l’ADN », a déclaré Richardson.

Rechercher, couper et coller

La méthode CRISPR/Cas9 fonctionne en tirant parti d’une technologie de défense que les bactéries utilisent contre les attaquants viraux. Pour ce faire, la bactérie prélève un morceau du matériel génétique du virus envahisseur et l’incorpore dans ses propres gènes afin de l’identifier plus tard. Si la bactérie devait être à nouveau infectée, elle pourrait cibler des séquences génétiques familières pour les détruire.

Dans l’édition de gènes, ce processus utilise l’enzyme Cas9 comme un « ciseau » moléculaire pour découper 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 alors avoir des expressions et des fonctions modifiées.

Pour livrer la matrice de réparation de l’ADN au noyau cellulaire où vit son matériel génétique, les virus sont utilisés plus souvent. Malgré son efficacité, disent les chercheurs, le flux de travail viral est « coûteux, difficile à mettre à l’échelle et potentiellement toxique pour les cellules ».

Les modèles non viraux sont susceptibles d’être moins chers et plus évolutifs, bien que les chercheurs n’aient pas encore surmonté les obstacles d’efficacité et de toxicité. Dans leur étude, le laboratoire de Richardson a découvert que l’introduction de liens croisés dans le flux de travail augmentait considérablement la réparation dirigée par la symétrie.

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

Les liaisons croisées interbrins sont des lésions qui maintiennent les doubles brins de l’hélice d’ADN liés ensemble, les rendant incapables de se reproduire. La chimiothérapie anticancéreuse utilise ce mécanisme pour arrêter la croissance tumorale et tuer les cellules cancéreuses. Cependant, ces liens croisés ont été ajoutés au paradigme de réparation dirigé par l’homéostasie, pour stimuler les mécanismes de réparation naturels de la cellule et augmenter la probabilité de succès de l’édition.

« En gros, ce que nous avons fait, c’est prendre ce modèle d’ADN et l’endommager », a déclaré Richardson. « Nous l’avons en fait saccagé de la manière la plus cruelle 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 cool ; Laissez-moi le coller dans mon génome. » « Le résultat est un système d’édition de gènes non viral qui est très efficace et sujet à un minimum d’erreurs.

Leur découverte, comme de nombreuses percées scientifiques, était en fait une heureuse coïncidence. Alors qu’elle travaillait sur la purification de protéines pour étudier la réparation de l’ADN, l’étudiante diplômée et auteure principale Hana Kasemi a remarqué des changements inattendus dans les résultats de leurs expériences.

« Nous insérions ces modifications chimiques dans des modèles d’ADN afin de pouvoir les extraire des cellules et de voir à quelles protéines elles étaient attachées, et je vérifiais simplement si cette modification affectait d’une manière ou d’une autre l’édition à quelque titre que ce soit », a-t-elle déclaré. « Je m’attendais à ne voir aucun changement ou que cela pourrait en fait avoir un effet négatif sur le montage. »

Ce que j’ai trouvé à la place a eu un effet positif, jusqu’à trois fois l’activité d’édition des contrôles non croisés. De plus, l’équipe a constaté que même si les modifications – et donc les risques d’erreurs – augmentaient, il n’y avait pas d’augmentation de la fréquence des mutations. Ils étudient encore les mécanismes spécifiques qui conduisent 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 ce lien croisé », a déclaré Richardson. « Ce faisant, cela retarde la cellule à passer un point de contrôle où elle arrêterait normalement ce processus de recombinaison. Ainsi, en allongeant le temps nécessaire à la cellule pour passer par ce processus de recombinaison, cela augmente la probabilité que les modifications passent par achèvement. » L’étude de ce nouveau processus, a-t-il dit, pourrait également permettre de mieux comprendre comment les cellules détectent les réactifs de modification et comment elles « décident » de les accepter ou non.

Selon l’équipe, vous trouverez cette méthode la plus largement utilisée dans les applications d’édition de gènes ex vivo ; C’est-à-dire dans la recherche sur les maladies et les travaux précliniques.

« Nous pouvons plus efficacement détruire des gènes et insérer des éléments dans le génome pour étudier des systèmes extérieurs au corps humain dans un environnement de laboratoire », a déclaré Ghasemi. Ce développement leur permet de construire des modèles de maladies plus efficacement et de tester des hypothèses sur le fonctionnement des maladies, ce qui pourrait conduire à de meilleures approches cliniques et thérapeutiques.