La promesse de l'édition du génome pour aider à comprendre les maladies humaines et à créer de nouvelles thérapies est vaste, mais les limitations technologiques ont un progrès limité du domaine. Bien que les technologies d'édition existantes puissent modifier ou supprimer des paires de bases uniques dans les 3 milliards de paires de bases du génome humain, elles sont limitées dans leur capacité à modifier plusieurs emplacements simultanément – et peuvent parfois modifier à tort des bases d'ADN voisines.
Une nouvelle étude de Yale, cependant, fait progresser la capacité des scientifiques à modifier plusieurs sites d'ADN par triple et aide à prévenir les mutations indésirables dans les sites génétiques voisins.
Les résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.
Nous avons pu augmenter le nombre de modifications dans une seule cellule tout en améliorant la précision de ces modifications. «
Farren Isaacs, professeur de biologie moléculaire, cellulaire et développementale à la Faculté des arts et des sciences de Yale et auteur principal de l'étude
Isaacs est également affilié au Systems Biology Institute du campus de Yale West et au Département de génie biomédical de la Yale School of Engineering & Applied Science.
Les progrès de l'ingénierie du génome ont permis aux chercheurs de modifier plus efficacement des séquences génétiques uniques qui aident à améliorer la compréhension de leurs rôles biologiques. Cependant, la plupart des maladies humaines, y compris le cancer, découlent de plusieurs mutations génétiques.
« De nombreux phénotypes découlent de plusieurs mutations génétiques, mais la plupart des éditeurs de gènes ont été axés sur un seul site, qui a des progrès technologiques limités dans le domaine », a déclaré le premier auteur Anabel Schweitzer, qui est étudiant à la Graduate School of Arts and Sciences de Yale et membre du laboratoire d'Isaacs.
L'édition du génome humain historiquement a permis des altérations précises des paires de bases uniques en excisant ou en insérant de nouvelles séquences à un seul endroit le long du brin d'ADN. Cependant, les technologies d'édition de gènes conventionnelles – telles que CRISPR CAS9 – ont été limitées par la génération de ruptures à double brin dans l'ADN qui introduisent des modifications indésirables dans le génome. Alors que le développement des éditeurs de base a permis une modification chimique directe des nucléotides d'ADN cible, permettant aux chercheurs d'éviter les ruptures de double brin d'ADN, la technologie d'édition de base a été limitée par le nombre et la précision des modifications de base unique qui peuvent être obtenues.
Si l'ADN est considéré comme un manuscrit massif de 3 milliards de caractères, la nouvelle technologie d'ingénierie permet essentiellement aux chercheurs d'apporter plusieurs changements dans différents chapitres simultanément, et pas seulement d'éditer des mots ou des phrases uniques sur une seule page. Cependant, les améliorations de l'ingénierie du génome présentent également des inconvénients. Parfois, les modifications sont effectuées à des emplacements involontaires, ce qui rend difficile l'évaluation des effets des changements.
Pour la nouvelle étude, l'équipe de Yale a utilisé une protéine associée à CRISPR CAS12 – qui est similaire à Cas9, une protéine qui peut agir comme une sorte de « ciseaux moléculaires » qui peuvent couper ou modifier précisément les parties d'ADN – et des ARN de guide (ARNc). Lorsqu'il est fusionné à une enzyme, CAS9 et CAS12 peuvent apporter des modifications chimiques ciblées à l'ADN à des emplacements déterminés par la séquence de l'ARNm. L'équipe a choisi CAS12 en raison de sa capacité innée à traiter un réseau d'ARN contenant de nombreux ARNm. Pour améliorer la précision de l'édition, l'équipe a conçu les GRNA en raccourcissant la séquence GRNA ou en modifiant les bases d'ARN.
Ils ont ensuite utilisé le nouveau système pour modifier avec succès les séquences de gènes avec une plus grande précision à 15 sites différents dans les cellules humaines – trois fois plus d'emplacements que ce qui avait été conçu précédemment.
L'amélioration aidera non seulement à évaluer les racines des maladies génétiques complexes, telles que le cancer, mais guidera également le développement de nouveaux médicaments de concepteurs activés par des génomes synthétiques développés dans le laboratoire ISAACS.
« La surmonter ces obstacles clés des technologies d'ingénierie du génome des mammifères sera essentielle pour leur utilisation dans l'étude des maladies associées à des variantes de nucléotides uniformes et des génomes de mammifères synthétiques », disent les auteurs.
La recherche a été principalement financée par l'Université de Yale et les National Institutes of Health.
Les autres auteurs de Yale incluent Etowah Adams, Michael Nguyen et Monkol Lek.
