L'édition génétique est apparue comme une approche puissante pour cibler les causes génétiques des maladies, mais amener la machinerie d'édition dans les bonnes cellules de manière efficace, sûre et à l'échelle nécessaire aux thérapies reste l'un des plus grands défis dans ce domaine. Parmi les principaux vecteurs d’administration figurent des particules de type virus, qui ressemblent à des virus – et partagent leur capacité à pénétrer dans les cellules humaines – mais ne portent aucun gène viral. Les scientifiques les chargent d’outils d’édition génétique et les utilisent pour apporter des modifications précises aux cellules ciblées.
La plupart des efforts visant à améliorer ces particules se sont concentrés sur la refonte des particules elles-mêmes. Une nouvelle étude menée par Aditya Raguram, boursier Valhalla du Whitehead Institute, et Diana Ly, technicienne de laboratoire, se concentre plutôt sur les cellules humaines qui les produisent. Publié le 24 avril dans Communications naturellesla recherche introduit une plate-forme permettant d'identifier systématiquement les gènes de ces cellules qui pilotent ou bloquent l'assemblage des particules, et d'utiliser ces résultats pour concevoir des cellules qui produisent des véhicules de distribution plus puissants.
Nous pouvons concevoir les particules autant que nous le souhaitons, mais si nous ne comprenons pas comment les cellules productrices fabriquent réellement les particules, nous sommes limités dans la mesure où nous pouvons améliorer la production. »
Aditya Raguram, boursier Valhalla au Whitehead Institute
Ingénierie de la cellule productrice optimale
Étant donné que les particules ressemblant à des virus sont assemblées à l'intérieur de cellules humaines cultivées, Ly et ses collègues ont mené une recherche à l'échelle du génome pour identifier lesquels de ces gènes sont les plus importants pour le processus de production.
Ils ont créé un vaste pool de cellules productrices dans lequel presque tous les gènes du génome humain étaient désactivés quelque part dans la population, un gène par cellule. La façon dont les particules ressemblant à des virus emballent leur cargaison – les outils d’édition génétique – signifiait que chaque particule finissait par transporter un petit morceau de matériel génétique identifiant le gène qui avait été désactivé dans la cellule qui l’avait fabriqué. En lisant ces étiquettes génétiques dans les particules finales, l’équipe a pu voir quels arrêts de gènes contribuaient à la production de particules, lesquels lui nuisaient et lesquels n’avaient aucun effet.
« Ce qui m'a surpris, c'est la clarté avec laquelle la recherche a permis de mettre en évidence des voies spécifiques qui jouent un rôle majeur dans la production de ces particules », explique Ly.
Un gène remarquable
Le gène unique dont l'élimination a le plus stimulé la production agit normalement comme un frein à la production par la cellule d'ARN guides, de courts morceaux d'ARN qui dirigent les éditeurs de gènes vers leurs cibles. Lorsque les chercheurs ont désactivé ce gène, les cellules productrices ont généré davantage d’ARN guides et chaque particule transportait davantage de marchandises fonctionnelles.
L’amélioration s’est également étendue à différents outils d’édition génétique et conceptions de particules : l’équipe a testé les cellules productrices modifiées avec plusieurs types d’éditeurs de gènes et avec quatre autres systèmes de transport provenant d’autres laboratoires, et dans tous les cas, les cellules modifiées ont produit de meilleures particules.
« Étant donné que le chargement de l'ARN guide est fondamentalement universel pour différents types de cargaisons et de particules, cette amélioration pourrait être très largement utile au-delà des particules que nous avons développées », explique Raguram.
La recherche a également identifié un groupe de gènes ayant un effet plus complexe. La suppression de ces gènes a augmenté la production des composants protéiques des particules, mais a diminué la puissance de délivrance. Cependant, dans les contextes de production spécialisés où la charge protéique est l’ingrédient limitant, les mêmes cellules modifiées ont considérablement augmenté la puissance.
Extension de la plateforme
Le laboratoire Raguram étend déjà la plateforme de criblage dans de nouvelles directions, allant au-delà de la simple désactivation d'un gène à la fois pour examiner comment d'autres types de changements cellulaires influencent la production de particules. L’équipe partage ses lignées cellulaires modifiées avec la communauté des chercheurs et collabore avec d’autres groupes pour améliorer la fourniture d’outils d’édition génétique aux cellules immunitaires, aux neurones et à d’autres types de cellules importants pour le traitement des maladies.
Pour Raguram, ces travaux s’inscrivent dans le cadre d’une tâche plus vaste dans le domaine de l’édition génétique.
« Ce défi de livraison est l'un des derniers goulots d'étranglement qui limite réellement l'application généralisée des technologies d'édition génétique », dit-il. « Résoudre les défis associés à la production pourrait rapprocher les particules pseudo-virales d'être prêtes à être utilisées chez les patients. »
Le but ultime, dit Ly, est d’utiliser ces particules pour traiter des maladies génétiques.
