Criblage CRISPR en réseau pour révolutionner la découverte de cibles

Dans cette interview réalisée lors du SLAS EU 2023 à Bruxelles, en Belgique, nous avons parlé à Ulrike Künzeldirecteur associé du département de génomique fonctionnelle chez AstraZeneca, sur l’application du dépistage CRISPR en réseau pour l’identification de cibles et plus encore.

Pourriez-vous s’il vous plaît vous présenter et nous dire ce qui a inspiré votre carrière en génomique fonctionnelle ?

Je m’appelle Ulrike Künzel et je suis directrice associée au département de génomique fonctionnelle chez AstraZeneca. Je travaille à la création d’écrans CRISPR avec des paramètres d’imagerie à haut contenu pour diverses maladies, telles que les maladies rénales et l’oncologie, afin d’identifier et de valider des cibles pour la découverte de médicaments.

J’ai toujours voulu comprendre davantage les mécanismes moléculaires et cellulaires qui sont à l’origine des maladies et la manière dont nous pouvons les utiliser pour créer de nouveaux traitements. C’est pourquoi j’ai étudié la biochimie et fait un doctorat. en biologie cellulaire.

Mon doctorat. m’a inspiré à me lancer dans la génomique fonctionnelle car elle impliquait un criblage protéomique pour trouver de nouveaux partenaires d’interaction et une validation ultérieure du criblage à l’aide d’un petit ARN interférent et de CRISPR.

CRISPR était à l’époque une nouvelle technologie d’édition qui me permettait d’inactiver n’importe quel gène dans n’importe quel type de cellule. C’était révolutionnaire et m’a inspiré à étudier CRISPR en tant qu’outil de recherche biomédicale, ce qui m’a finalement amené à occuper mon poste chez AstraZeneca.

Qu’est-ce que la génomique fonctionnelle et comment les technologies CRISPR ont-elles transformé ce domaine ?

La génomique fonctionnelle étudie le lien entre les gènes et la biologie des maladies. Un outil pour y parvenir est le dépistage génétique, et la technologie CRISPR a fait progresser ce domaine car elle nous permet d’éliminer avec précision les gènes.

Grâce à l’édition génétique CRISPR/Cas9, nous pouvons supprimer définitivement et avec précision un seul gène de la cellule. Nous pouvons le faire à grande échelle et supprimer systématiquement tous les gènes possibles du génome, soit environ 20 000 gènes, et mesurer la perte de chaque gène dans un test phénotypique en utilisant, par exemple, l’imagerie ou la cytométrie en flux. De cette façon, nous pouvons étudier comment la perte d’un gène affecte les voies liées à la maladie. Le dépistage CRISPR a donc accéléré notre compréhension des mécanismes de la maladie et de la fonction des gènes et nous a aidé à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles.

CRISPR a fait progresser le domaine du dépistage génétique. Avant CRISPR, nous effectuions des criblages génétiques par interférence ARN. L’ARNi est un bon outil mais présente des inconvénients tels qu’un manque de précision, de nombreux effets hors cible et une réduction permanente de l’expression des gènes.

Lors du SLAS EU 2023, vous avez donné une conférence intitulée « L’application du dépistage CRISPR en réseau pour l’identification de cibles dans les cellules primaires ». Pouvez-vous s’il vous plaît donner un aperçu de ce dont vous avez discuté dans cette conférence ?

Je présente un aperçu de notre plateforme de criblage CRISPR en réseau et de la manière dont nous l’utilisons pour l’identification de nouvelles cibles. Je me concentre sur deux exemples utilisant des cellules primaires.

Nous visons à réaliser des écrans CRISPR dans des modèles cellulaires pertinents pour la maladie et traduisibles. Il s’agit souvent de cellules primaires, qui présentent des défis que nous devons surmonter. Par exemple, nous sommes limités dans le nombre de cellules pouvant être utilisées. Nous devons trouver des moyens d’administrer les agents CRISPR dans les cellules qui sont souvent difficiles à transfecter. Nous avons également souvent des paramètres phénotypiques complexes que nous souhaitons analyser.

Je présente des stratégies pour remédier à ces limitations, par exemple en utilisant l’intelligence artificielle (IA). De plus, j’explique comment notre plateforme de dépistage CRISPR en réseau est adaptable à diverses maladies : Nous pouvons adapter nos flux de travail d’édition génétique et nos paramètres phénotypiques au modèle de maladie requis et pouvons donc fournir des écrans CRISPR pour une variété de questions biologiques.

Cette année, SLAS EU propose quatre volets, dont « Biology Unveiled » et « Shaping the Future of Therapeutics ». Comment le dépistage CRISPR en réseau est-il applicable aux deux pistes ?

Le dépistage CRISPR en matrice est un outil puissant pour dévoiler le lien entre un gène et une voie biologique ou une maladie. Dans le dépistage CRISPR en réseau, un gène est supprimé à la fois dans un puits. Nous pouvons coupler cela avec des paramètres phénotypiques, tels que l’imagerie ou la cytométrie en flux, pour mieux comprendre les phénotypes générés par l’inactivation d’un gène et comment cela est lié à la maladie.

La technologie CRISPR peut également être appliquée comme médicament et pourrait constituer une future thérapie. Les médicaments CRISPR ou édition thérapeutique de gènes visent à guérir les maladies génétiques en supprimant ou en corrigeant définitivement les mutations à l’origine de la maladie. Cela comporte d’énormes défis mais présente un énorme potentiel thérapeutique.

Comment les avancées méthodologiques récentes du dépistage CRISPR ont-elles eu un impact sur les domaines de l’oncologie ?

Le dépistage CRISPR est un domaine très jeune, la technologie ayant évolué il y a seulement dix ans. Au cours de cette période, de nombreuses avancées technologiques ont été réalisées. Par exemple, des améliorations ont été apportées à la conception des ARN guides, ce qui a inspiré des bibliothèques plus petites pour le criblage CRISPR groupé.

Il existe également de nouvelles technologies basées sur CRISPR, telles que CRISPRi (interférence CRISPR), CRISPRa (activation CRISPR) et même des éditeurs de bases CRISPR pour effectuer des mutations ponctuelles spécifiques dans le génome. Ces technologies fonctionnent sans créer de cassure double brin, ce qui les rend particulièrement applicables en oncologie.

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D’autres avancées concernent des modèles cellulaires plus complexes, tels que les organoïdes et les cellules primaires, qui nécessitent le développement de la délivrance de réactifs CRISPR, comme l’électroporation et les nanoparticules lipidiques.

Le dépistage CRISPR est devenu d’une grande importance pour la découverte de cibles médicamenteuses, en particulier en oncologie, car nous pouvons désormais répondre à des questions telles que la recherche de biomarqueurs pour la stratification des patients et de nouvelles thérapies combinées si les patients deviennent résistants au traitement médicamenteux. Les écrans CRISPR ont également identifié de nouveaux gènes du cancer.

Au cours de la dernière décennie, CRISPR a été une technologie tendance, faisant l’objet de nombreux débats et discussions. Comment envisagez-vous la prochaine décennie de recherche basée sur CRISPR ?

L’édition du génome CRISPR a révolutionné le domaine de la recherche biomédicale. L’édition génétique est devenue plus facile, moins coûteuse, plus précise et accessible aux chercheurs du monde entier. Au cours de la prochaine décennie, nous verrons probablement des progrès dans l’utilisation de CRISPR comme médicament.

Les thérapies CRISPR ont un énorme potentiel pour lutter contre les maladies génétiques en corrigeant les mutations des patients. La réalisation d’une édition thérapeutique de gènes reste un défi important, car les problèmes de sécurité et d’éthique doivent être pris en compte.

Dans la recherche préclinique, CRISPR continuera à être un outil important pour effectuer des dépistages et étudier la manière dont les gènes sont liés à la maladie. Des progrès seront probablement réalisés dans la fourniture d’agents CRISPR à des modèles plus complexes, tels que les cellules dérivées de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) et les cultures 3D.

Nous pourrions également voir davantage d’écrans CRISPR dans le génome non codant pour étudier la fonction des ARN non codants ou des éléments régulateurs du génome.

SLAS est une société professionnelle internationale visant à transformer la recherche en promouvant la collaboration à l’intersection de la science et de la technologie. Comment de telles collaborations peuvent-elles conduire à des progrès dans le domaine de la génomique fonctionnelle ?

La science est un travail d’équipe, c’est pourquoi les collaborations sont essentielles pour faire progresser la science. AstraZeneca entretient un grand nombre de collaborations dans différents domaines, notamment avec des instituts universitaires, des sociétés pharmaceutiques et biotechnologiques, des sociétés d’IA comme Benevolent AI et des organisations caritatives telles que Cancer Research Horizon.

Le Functional Genomics Centre de Cambridge, au Royaume-Uni, est un exemple de la façon dont la collaboration d’AstraZeneca a fait progresser le domaine de la génomique fonctionnelle. Il s’agit d’une collaboration entre AstraZeneca et Cancer Research Horizon, l’une des plus grandes organisations caritatives de lutte contre le cancer au monde.

Ce centre vise à devenir un leader mondial en matière de dépistage CRISPR, de modèles de cancer, de conception de vecteurs et d’analyse de mégadonnées. Cette collaboration aide à identifier de nouvelles cibles et mécanismes de résistance pour créer de nouveaux médicaments contre le cancer.

SLAS EU offre une excellente occasion de mettre en valeur des recherches incroyables menées dans des universités et institutions européennes. En tant que chercheur basé en Europe, pourquoi est-il essentiel de présenter le paysage des sciences de la vie en évolution rapide en Europe ?

L’Europe est un excellent endroit pour la recherche biomédicale. Nous disposons d’universités exceptionnelles ainsi que de pôles biotechnologiques et de sites majeurs de recherche pharmaceutique. Se réunir en Europe pour présenter nos recherches est très important. Nous pouvons favoriser les collaborations lors de cette conférence, rencontrer des collègues, apprendre de leurs expériences et présenter nos recherches.

Les partenariats étant fondamentaux pour accélérer la recherche scientifique, quelle est l’importance des conférences en personne telles que SLAS pour entretenir les relations entre les secteurs, en particulier entre le monde universitaire et l’industrie ?

Il est extrêmement important d’organiser des conférences comme SLAS auxquelles participent à la fois des chercheurs universitaires et des scientifiques de l’industrie. Cela permet de favoriser les collaborations et d’apprendre les uns des autres. Ensemble, nous pouvons faire de grands progrès dans la recherche biomédicale.

Participer à SLAS Europe en personne fait une grande différence pour moi car il est plus facile de réseauter et de partager des connaissances. C’est ma première fois à SLAS Europe et, en tant que chercheur européen, je suis particulièrement enthousiaste à l’idée d’être ici. C’est un environnement très engageant.

Qu’attendez-vous particulièrement avec impatience dans l’avenir de votre domaine ?

Je suis enthousiasmé par l’édition thérapeutique de gènes qui utilise CRISPR comme médicament. Cela présente un grand potentiel pour guérir les maladies causées par une mutation génétique. Il reste encore beaucoup de travail à faire concernant la sécurité et la distribution des réactifs Cas9 dans les tissus appropriés, mais je suis sûr que de grands progrès seront réalisés.

À propos de Ulrike Künzel

Ulrike Künzel est actuellement directrice associée au sein de l’équipe de génomique fonctionnelle chez AstraZeneca, Cambridge, Royaume-Uni. Son travail en génomique fonctionnelle s’est concentré sur l’établissement d’un criblage CRISPR en réseau avec des paramètres d’imagerie à haut contenu dans des modèles de cellules primaires et cancéreuses pour une variété de projets du portefeuille d’AstraZeneca.

Avant de rejoindre AstraZeneca, Ulrike a travaillé chez Evotec à Hambourg, en Allemagne, où elle a développé un flux de travail pour générer des lignées cellulaires conçues par CRISPR/Cas9 pour des projets d’identification et de validation de cibles. Elle est titulaire d’une licence et d’une maîtrise en biochimie de la LMU Munich, en Allemagne, ainsi que d’un doctorat en biologie cellulaire de l’Université d’Oxford, au Royaume-Uni. Dans son doctorat. Dans le cadre de ce projet, elle a identifié un nouveau partenaire d’interaction d’iRhom2, une protéine membranaire régulant la signalisation intracellulaire, et a utilisé l’édition génique CRISPR/Cas9 pour la validation des cibles et les études d’élucidation des voies.