Le génome humain se compose d’environ 3 milliards de paires de bases, et tous les humains sont identiques à 99,6 % dans leur constitution génétique. Ce petit pourcentage de 0,4% représente toute différence entre une personne et une autre. Des combinaisons spécifiques de mutations dans ces paires de bases contiennent des indices importants sur les causes de problèmes de santé complexes, notamment les maladies cardiaques et les maladies neurodégénératives telles que la schizophrénie.
Les méthodes actuelles de modélisation ou de correction des mutations dans les cellules vivantes sont inefficaces, en particulier lors du multiplexage, c’est-à-dire la fixation simultanée de plusieurs mutations ponctuelles à travers le génome. Des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego ont développé de nouveaux outils puissants d’édition du génome appelés éditeurs de bases orthologues multiples (MOBE) pour stabiliser plusieurs mutations ponctuelles simultanément. Leurs travaux sont dirigés par le professeur adjoint de chimie et biochimie Le laboratoire d’Alexis Komorapparaît dans Biotechnologie naturelle.
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L’équipe de Komor était particulièrement intéressée par la comparaison des génomes qui diffèrent lorsqu’une seule lettre de l’ADN est modifiée. Ces lettres – C (cytosine), T (thymine), G (guanine), A (adénosine) – sont appelées bases. Lorsqu’une personne a une base C, une autre personne peut avoir une base T. Il s’agit de variantes nucléotidiques uniques (SNV) ou de mutations ponctuelles, et une personne peut avoir entre 4 et 5 millions de variantes. Certaines variables sont inoffensives. Certains d’entre eux sont nocifs ; C’est souvent une combinaison de variants qui provoque la maladie.
L’un des problèmes liés à l’utilisation de la génomique dans la modélisation des maladies réside dans le grand nombre de variations potentielles. Si les scientifiques essayaient d’identifier les mutations génétiques responsables des maladies cardiaques, ils pourraient décoder les génomes d’un groupe qui souffre tous d’une maladie cardiaque, mais le nombre de différences entre deux personnes rend très difficile l’identification de la combinaison de différences qui cause la maladie. maladie.
« Il y a un problème dans l’interprétation des variantes génétiques. En fait, la plupart des variantes identifiées ne sont pas cliniquement classées, donc nous ne savons même pas si elles sont pathogènes ou bénignes. Diplômé du Département de chimie et de biochimie de l’université et premier auteur de ce document. « Notre objectif était de créer un outil « Ils peuvent être utilisés pour modéliser la maladie en stabilisant plusieurs variables dans un laboratoire contrôlé où elles peuvent être étudiées plus en détail. »
Progrès dans l’édition génétique
Pour comprendre pourquoi les MOBE ont été créés, nous devons comprendre les limites de l’outil traditionnel d’édition génétique CRISPR-Cas9. CRISPR-Cas9 utilise l’ARN guide, qui agit comme un signal GPS qui va directement à l’emplacement génomique que vous souhaitez modifier. Cas9 est une enzyme de liaison à l’ADN qui coupe les deux brins d’ADN, entraînant une cassure complète.
Bien que relativement simples, les cassures double brin peuvent être toxiques pour les cellules. Ce type de modification génétique peut également conduire à des résultats aléatoires dansSections et Vallée– Où la cellule est incapable de se réparer complètement. La modification de plusieurs gènes dans CRISPR-Cas9 double les risques.
Au lieu de CRISPR, le laboratoire de Komor utilise une technologie d’édition de base qu’elle a développée, qui modifie chimiquement l’ADN, bien qu’un seul type d’édition (C vers T ou A vers G, par exemple) puisse être effectué à la fois. Ainsi, au lieu d’utiliser des ciseaux qui découpent une section entière d’un coup, l’édition de base efface et remplace une lettre à la fois. C’est plus lent mais plus efficace et moins nocif pour les cellules.
L’application simultanée de deux éditeurs de base ou plus (en changeant C en T à un endroit et A en G à un autre endroit du génome) permet une meilleure modélisation des maladies polygéniques, celles causées par plus d’une variante génétique. Cependant, aucune technologie ne pouvait le faire efficacement sans les « interférences » d’ARN, qui se produisent lorsque les éditeurs de base apportent des modifications indésirables.
Les MOBE de Quan utilisent des structures d’ARN appelées aptamères (petites boucles d’ARN qui se lient à des protéines spécifiques) pour recruter des enzymes modifiant les bases sur des sites génomiques spécifiques, permettant ainsi l’édition simultanée de plusieurs sites avec une efficacité élevée et une faible incidence de diaphonie.
Ce système est nouveau et c’est la première fois que quelqu’un utilise des aptamères pour recruter des ABE (éditeurs de base d’adénosine) en combinaison avec des CBE (éditeurs de base de cytosine) selon un schéma orthogonal pour créer des MOBE.
Les différences sont frappantes : lorsque CBE et ABE sont combinés sans MOBE, la diaphonie se produit jusqu’à 30 % du temps. Avec MOBE, la diaphonie est inférieure à 5 %, ce qui permet d’obtenir une efficacité de conversion de 30 % pour les changements de base requis.
L’étude constituait une démonstration préliminaire de la faisabilité du système MOBE, pour lequel elle a reçu un brevet provisoire. Pour le tester davantage, l’équipe a mené plusieurs études de cas de maladies réelles, notamment le syndrome de Kallmann, un trouble hormonal rare. Leurs expériences ont révélé que les systèmes MOBE peuvent être utilisés pour modifier efficacement des lignées cellulaires pertinentes pour certaines maladies génétiques.
« Nous mettons les plasmides sur AddGene afin que tout le monde puisse y accéder librement. Nous espérons que d’autres chercheurs utiliseront les MOBE pour modéliser des maladies génétiques, apprendre comment elles surviennent et, espérons-le, créer des traitements efficaces. »
référence: Quan QT, Gu S, Gu W, Ranzao BL, Simonson TS, Komor S. Développement de systèmes MOBE (Multiple Orthogonal Base Editor). Nat Biotechnologie. 2024. est ce que je: 10.1038/s41587-024-02240-0
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