Trouver une aiguille dans une botte de foin est déjà assez difficile. Mais essayez de trouver une molécule spécifique sur l’aiguille.
Les chercheurs de l’Université Rice ont réalisé quelque chose de ce genre avec un nouvel outil d’édition du génome qui cible les acteurs de soutien dans le noyau d’une cellule qui emballent l’ADN et facilitent l’expression des gènes. Leur travail ouvre la porte à de nouvelles thérapies contre le cancer et d’autres maladies.
Le bio-ingénieur du riz Isaac Hilton, le chercheur postdoctoral et auteur principal Jing Li et leurs collègues ont programmé un complexe CRISPR / Cas9 modifié pour cibler des histones spécifiques, des protéines épigénétiques omniprésentes qui maintiennent l’ADN en ordre, avec une précision extrême.
La recherche en libre accès apparaît dans Communications de la nature.
Les histones aident à réguler de nombreux processus cellulaires. Il y en a quatre dans chaque nucléosome (les «perles sur une chaîne» de base dans l’ADN) qui aident à contrôler la structure et la fonction de nos génomes en exposant les gènes à l’activation.
«Les nucléosomes servent de substrats architecturaux pour adapter notre ADN à l’intérieur de nos cellules, et peuvent également contrôler l’accès aux parties clés de nos génomes», a déclaré Hilton.
Comme d’autres protéines, les histones peuvent être déclenchées par la phosphorylation, l’ajout d’un groupe phosphoryle qui peut contrôler les interactions protéine-protéine ou protéine-ADN.
« Les histones peuvent afficher un spectre extrêmement diversifié de modifications chimiques qui servent de balises ou de marqueurs réglementaires et indiquent quels gènes activer, quand et dans quelle mesure », a déclaré Hilton. « L’une de ces mystérieuses modifications est la phosphorylation, et nous visions à mieux éclairer le mécanisme par lequel elle peut rapidement activer et désactiver les gènes humains. »
Aucune autre technique d’édition d’épigénome n’a permis un contrôle spécifique au site sur la phosphorylation des histones, a-t-il déclaré. L’outil de riz programmable, appelé dCas9-dMSK1, fusionne une protéine «dCas9» désactivée et une histone kinase humaine «hyperactive», une enzyme qui catalyse la phosphorylation.
CRISPR / Cas9 emploie typiquement des ARN guides et des « ciseaux » Cas9 pour cibler et couper des séquences dans l’ADN. Les nouveaux programmes d’outils ont désactivé dCas9 pour cibler sans couper les séquences, en utilisant plutôt l’enzyme dMSK1 recrutée pour phosphoryler l’histone ciblée et activer les gènes proches.
Les chercheurs ont utilisé dCas9-dMSK1 pour découvrir de nouveaux gènes et voies qui sont essentiels pour la résistance aux médicaments. Li l’a utilisé pour identifier trois gènes précédemment liés à la résistance aux médicaments contre le mélanome. «Et puis elle a identifié sept nouveaux gènes liés à la résistance au mélanome», a déclaré Hilton. «C’est une découverte passionnante que nous poursuivons.
«Les protéines histones qui enveloppent l’ADN peuvent avoir toutes sortes de marques chimiques et de combinaisons», a-t-il déclaré. « Il en résulte ce qui a été appelé un code d’histone, et l’un de nos objectifs est de travailler pour le déchiffrer. »
L’outil de Li confirme également comment les marques d’histones spécifiques communiquent entre elles. « Cela nous dit que les modifications chimiques sur les histones se parlent, et nous pouvons montrer que cela se produit à des endroits spécifiques du génome humain », a déclaré Li. « Et c’est lié à un gène qui s’allume, donc cela nous permet de les contrôler synthétiquement. »
Li a déclaré qu’un objectif à long terme est de cibler une gamme d’autres marques d’histones. «C’est une histoire compliquée», dit-elle. « Il y a beaucoup de positions et de caractéristiques différentes des histones que nous voulons étudier. »
«L’introduction de ces technologies chez les patients est un long processus», a ajouté Hilton. « Mais des outils comme celui-ci sont la première étape et peuvent ouvrir la voie à la compréhension de la façon dont les processus cellulaires normaux tournent malheureusement mal dans les maladies humaines. »
La source:
Référence du journal:
Li, J., et coll. (2021) Phosphorylation d’histone humaine programmable et activation de gène à l’aide d’une chromatine kinase à base de CRISPR / Cas9. Communications de la nature. doi.org/10.1038/s41467-021-21188-2.
