Depuis plusieurs années, les ciseaux à gène CRISPR/Cas9 font sensation en science et en médecine. Ce nouvel outil de biologie moléculaire tire ses origines d’un ancien système immunitaire bactérien. Il protège les bactéries des attaques des soi-disant phages, c’est-à-dire des virus qui infectent les bactéries. Des chercheurs de l’Institut de biologie structurale de l’Hôpital universitaire de Bonn (UKB) et de la Faculté de médecine de l’Université de Bonn, en coopération avec l’Université partenaire de St Andrews en Écosse et le Laboratoire européen de biologie moléculaire de Hambourg, ont découvert une nouvelle fonction des ciseaux à gènes. L’étude a été publiée hier dans la célèbre revue scientifique « Nature ».
Les bactéries et les phages sont engagés dans une lutte à mort sur Terre depuis des temps immémoriaux. Lorsqu’un phage attaquant injecte son matériel génétique dans une bactérie, il est obligé de produire de nouveaux phages, qui à leur tour infectent davantage de bactéries. Certaines bactéries ont développé le système CRISPR en réponse. Avec ce système immunitaire bactérien, le matériel génétique du phage est reconnu et détruit.
Dans le même temps, les fragments résultants sont intégrés dans le génome de la bactérie. Cela crée une sorte de bibliothèque à laquelle le système immunitaire CRISPR peut accéder encore et encore et est ainsi armé pour de futures attaques. De plus, il a été découvert que les variants dits de type III du gène en ciseaux produisent de petites molécules signal. A l’aide de ces petites molécules, les bactéries déclenchent un plan d’urgence complexe. Cela garantit qu’un virus peut être combattu de manière optimale et sur un large front.
Des chercheurs de l’Institut de biologie structurale de l’Hôpital universitaire de Bonn (UKB) et de la Faculté de médecine de l’Université de Bonn ont maintenant étudié comment cela fonctionne en coopération avec des scientifiques de l’Université partenaire de St Andrews en Écosse et du Laboratoire européen de biologie moléculaire de Hambourg. L’équipe de recherche a découvert que les petites molécules signal se lient, entre autres, à une protéine appelée CalpL, qui devient ainsi une « protéase » active. Ce sont des enzymes qui clivent les protéines et fonctionnent ainsi comme des ciseaux à protéines. « Les protéases sont également utilisées dans le système immunitaire humain pour transmettre des informations à grande vitesse », explique Niels Schneberger, doctorant à l’Institut de biologie structurale de l’UKB et l’un des deux premiers auteurs de l’étude.
Enfin, les chercheurs ont également trouvé la cible de leurs ciseaux à protéines nouvellement découverts. Il coupe une petite molécule de protéine appelée CalpT, qui agit comme un verrou de sécurité pour CalpS, une troisième molécule de protéine : « CalpS est une protéine très bien gardée qui est libérée par l’ensemble du mécanisme. Elle va amener la machinerie de transcription à des gènes spécifiques. , basculant le métabolisme de la bactérie vers la défense. Nous sommes très curieux de savoir quels sont ces gènes » explique Christophe Rouillon, chercheur invité à l’Institut de biologie structurale et premier auteur de l’étude. Avec la découverte de cette cascade de signalisation compliquée, les chercheurs ont maintenant découvert un tout nouvel aspect des systèmes CRISPR.
L’avantage des systèmes CRISPR est également qu’ils peuvent être très facilement reprogrammés à des fins biotechnologiques et médicales. Avec l’aide de CRISPR, l’ADN peut être spécifiquement modifié, c’est-à-dire que des gènes ou des blocs entiers de gènes peuvent être insérés ou excisés. Certaines maladies, telles que l’amyotrophie spinale (SMA), qui entraîne une paralysie nerveuse, peuvent déjà être traitées aujourd’hui à l’aide des ciseaux à gènes.
Avec ces ciseaux à protéines activés par CRISPR, il y a maintenant un tout nouvel outil dans la boîte à outils de la biologie moléculaire. Et peut-être que cela permettra à CRISPR d’être utilisé de manière encore plus polyvalente à l’avenir. »
PD Dr. Gregor Hagelueken, chef de groupe à l’Institut de biologie structurale de l’UKB et membre du domaine de recherche transdisciplinaire « Vie et santé » à l’Université de Bonn
