Une étude menée par des chercheurs du Vagelos College of Physicians and Surgeons de l’Université Columbia a révélé que de nouvelles techniques de pointe peuvent modifier avec précision les gènes des embryons humains, fournissant ainsi aux scientifiques des outils indispensables pour comprendre le développement humain normal, mais a également révélé des risques importants qui existent actuellement. exclure l’utilisation des techniques en clinique.
L’édition du génome est une technique essentielle pour les scientifiques cherchant à comprendre le génome. La modification des gènes des embryons humains nous permet de comprendre les premières étapes du développement humain. Les premiers embryons humains subissent une quantité surprenante de dommages à l’ADN à mesure qu’ils grandissent, et la plupart des embryons humains obtenus par FIV arrêtent leur développement au cours des premiers jours.
En introduisant de tels dommages à l’aide d’éditeurs, nous commençons à comprendre comment les embryons humains gèrent les dommages dans leur génome. À long terme, nous espérons apprendre comment prévenir les anomalies génétiques et développementales pendant la FIV afin de créer des traitements de fertilité plus efficaces, plus sûrs et plus abordables. »
Dieter Egli, responsable de l’étude et professeur agrégé de biologie cellulaire développementale, Département de pédiatrie, Collège Vagelos des médecins et chirurgiens de l’Université Columbia
Dans l’étude, publiée le 9 septembre dans Naturel’équipe d’Egli a utilisé l’édition de base – un éditeur génétique plus méticuleux que les techniques précédentes – pour modifier les lettres individuelles de l’ADN des embryons humains unicellulaires. Ils ont ensuite suivi le développement de chaque embryon pendant 6 à 7 jours (étape au cours de laquelle les embryons de FIV peuvent être implantés) pour déterminer si la modification a été effectuée correctement et transmise à toutes les cellules de l’embryon. Remarquablement, dans certaines expériences, le montage a été réussi à 100 % et le développement était apparemment normal.
Mais l’édition provoque parfois des changements imprévisibles et son utilisation en clinique n’est pas sûre. La modification d’embryons humains a le potentiel de donner aux personnes porteuses de mutations pathogènes la possibilité d’avoir des enfants en bonne santé grâce à la FIV. « Mais compte tenu de nos découvertes, il n’est actuellement pas possible de le faire en toute sécurité », explique Egli.
« En tant que scientifique, le premier objectif est de découvrir de nouvelles connaissances, qui, nous l’espérons, mèneront à de nouvelles façons d’aider les gens. Mais l’identification des risques est tout aussi importante, car elle trace les limites d’une utilisation significative d’une technologie puissante. Je pense que notre étude découragera l’utilisation inappropriée de ces techniques en clinique, car nous démontrons clairement les risques. »
Les embryons humains sont difficiles à modifier avec précision
Il y a environ 10 ans, le laboratoire d’Egli a essayé pour la première fois d’utiliser CRISPR – alors une technique relativement nouvelle – pour modifier un gène dans les premiers embryons humains. CRISPR fonctionne comme une paire de ciseaux pour couper les deux brins d’ADN d’une cellule afin d’insérer une nouvelle séquence. Après la coupe, CRISPR s’appuie sur la cellule pour coller les extrémités cassées ensemble.
Egli était sceptique sur le fonctionnement de CRISPR, car son laboratoire avait découvert que les embryons humains gâchent généralement la réparation des cassures double brin de l’ADN.
Sans surprise, lorsque son équipe a essayé CRISPR pour modifier des embryons humains, la plupart du temps, la méthode a échoué, supprimant de grandes sections de chromosomes, voire des chromosomes entiers, à mesure que le développement progressait.
L’édition de base est meilleure, mais provoque toujours des dommages involontaires
Au cours des dernières années, les scientifiques ont développé des éditeurs de gènes de nouvelle génération, plus respectueux de l’ADN. Ces nouveaux éditeurs de base fonctionnent davantage comme un crayon avec une gomme, supprimant une lettre d’un seul brin d’ADN et la remplaçant par une autre.
Dans la nouvelle étude, l’équipe Columbia d’Egli a travaillé avec une équipe internationale de collaborateurs et a essayé l’édition de bases pour corriger les mutations d’ADN à une seule lettre dans trois gènes. Un gène, appelé PCSK9est lié à un taux de cholestérol élevé et à des maladies cardiovasculaires. Deux autres gènes, HBG1 et HBG2sont impliqués dans la production d’hémoglobine et, lorsqu’ils sont mutés, peuvent provoquer des troubles sanguins comme la drépanocytose et la bêta-thalassémie.
Lorsqu’elle est réalisée sur des œufs fécondés avant la première division cellulaire, l’édition de bases a réussi à modifier le génome et les changements ont persisté dans 100 % des cellules filles de l’embryon résultant.
Cependant, les chercheurs ont découvert que l’édition de base générait également toute une série d’autres modifications dans des modèles imprévisibles. De grandes délétions chromosomiques se sont produites, mais à une fréquence beaucoup plus faible que celle observée avec CRISPR. « Cela nous renseigne sur la façon dont le type de dommages à l’ADN causés par les éditeurs de base est réparé ou ne parvient pas à être réparé par la cellule », explique Egli.
L’éditeur de base a également apporté des modifications à certains sites supplémentaires du génome au fur et à mesure du développement de l’embryon, y compris à proximité du changement prévu, ce qui a donné lieu à des embryons présentant une mosaïque d’altérations génétiques. Lorsque le mosaïcisme se produit naturellement, l’impact sur l’embryon varie. « Le mosaïcisme crée une gamme de possibilités, rendant impossible la prévision des résultats, et empêche ainsi une application significative en clinique », explique Egli.
De plus, lorsque l’ARNm de certains éditeurs de bases était présent à des niveaux élevés dans les embryons, ceux-ci ne se développaient pas, identifiant un autre risque important qui devrait être pleinement compris et évité pour que l’édition soit possible.
Modification des candidatures
Egli voit toujours des promesses à long terme dans la modification génétique des embryons humains pour aider les personnes qui autrement ne pourraient pas avoir d’enfant en bonne santé. « Il serait bien plus efficace de modifier les gènes pathogènes dans les embryons que d’appliquer la modification génétique plus tard, lorsque la mutation s’est amplifiée dans des milliards de cellules et après que la maladie se soit déjà manifestée », dit-il.
Les problèmes d’édition de base qui empêchent l’utilisation clinique ne seront pas faciles à résoudre. « De par leur nature même, pour modifier un gène, vous devez d’abord endommager l’ADN », explique Stepan Jerabek, chercheur scientifique dans le laboratoire d’Egli et auteur principal du nouvel article. Ce potentiel intrinsèque de causer des dommages est également ce qui confère le risque. « Lorsque d’autres technologies ne présentant pas ce risque sont disponibles pour prévenir les maladies, l’édition génétique n’est pas la méthode de choix », ajoute Egli.
En laboratoire, les nouvelles techniques aideront les scientifiques à comprendre les mécanismes biologiques à l’origine des premiers jours du développement humain.
Le laboratoire Egli utilisera l’édition de bases pour en savoir plus sur l’impact des dommages à l’ADN au cours de l’embryogenèse, ce qui pourrait conduire à des méthodes permettant de réduire le risque d’anomalies génétiques et d’attrition d’embryons pour les patientes subissant une FIV. Une autre équipe de recherche a déjà publié son utilisation de l’édition de bases pour découvrir une protéine appelée Nanog qui joue un rôle crucial dans le développement embryonnaire humain.
« Nous ne savons pas non plus grand-chose sur la façon dont l’instabilité génomique au cours du développement précoce affecte notre santé à l’âge adulte. De nouvelles mutations peuvent survenir d’elles-mêmes, l’ADN est réparé en raison de dommages spontanés, et c’est très important à comprendre. Les outils d’édition appliqués aux embryons humains pourraient très bien nous aider à comprendre la santé et la maladie dans de nombreux domaines différents », explique Egli.
