Des scientifiques du St. Jude Children’s Research Hospital ont créé un outil capable de trouver des endroits sûrs pour introduire des gènes dans l’ADN humain. L’outil est une première étape dans le processus visant à améliorer la sécurité et l’efficacité des thérapies géniques et cellulaires. L’ouvrage paraît aujourd’hui dans Biologie du génome.
Nous avons créé les Google Maps de l’édition du génome. Avec cet outil, nous fournissons une nouvelle approche pour identifier les endroits où intégrer en toute sécurité une cassette de gène. Nous avons créé des instructions étape par étape, afin que vous puissiez suivre les étapes et trouver facilement des sites refuges dans des tissus spécifiques. »
Yong Cheng, Ph.D., auteur co-correspondant, département d’hématologie de St. Jude
La thérapie génique, où un patient reçoit une copie fonctionnelle d’un gène dysfonctionnel, a réussi à guérir certains troubles génétiques. Cependant, le domaine a rencontré des problèmes de sécurité, notamment l’activation par inadvertance d’un oncogène qui a conduit au cancer chez certains patients. En réponse, le domaine a recherché des « sites refuges » – des endroits dans le génome où un gène peut être inséré sans causer de cancer ou d’autres problèmes. Les scientifiques ont créé un pipeline qui utilise des informations génomiques et épigénétiques provenant de tissus spécifiques, tels que des cellules sanguines, pour trouver des sites refuges sûrs.
Une nouvelle façon de trouver des sites sûrs
L’outil compare les séquences d’ADN qui sont très variables entre les personnes en bonne santé, en utilisant les données du projet 1000 Genomes. Si une région de l’ADN est souvent supprimée ou insérée chez les personnes en bonne santé, les chercheurs ont estimé qu’elle pourrait également être modifiée en toute sécurité par une thérapie génique.
« Notre méthode est une nouvelle façon d’identifier les sites refuges génomiques d’une manière spécifique aux tissus », a déclaré Cheng. « Personne ne l’a essayé sous cet angle. Notre première étape a été de trouver les locus génomiques qui montrent une fréquence élevée d’insertion ou de suppression chez les individus en bonne santé. »
Si l’ADN d’une seule cellule était une chaîne, elle ferait deux mètres de long. Mais en plus de la séquence linéaire, l’ADN peut se boucler dans des structures 3D complexes en utilisant la chromatine, les protéines associées à l’ADN, pour s’adapter à une cellule. Tout comme une chaîne, l’ADN peut avoir des boucles qui affectent sa fonction. L’outil St. Jude tient compte de la présence de ces boucles et d’autres structures lors de la recherche de sites de refuge accessibles.
« Notre outil évalue la structure 3D de l’ADN, car l’ADN humain n’est pas une structure linéaire unidimensionnelle, c’est en fait 3D », a déclaré Chen. « Ainsi, des parties d’ADN peuvent être éloignées dans la séquence linéaire de l’ADN mais peuvent être physiquement côte à côte en raison de la boucle de la structure 3D. Dans ce cas, la proximité 3D est plus importante que la distance linéaire. »
Équilibrer la sécurité et l’expression des gènes thérapeutiques
« La thérapie génique sûre nécessite deux choses », a déclaré Cheng. « Premièrement, maintenir une expression élevée du nouveau gène. Et deuxièmement, l’intégration doit avoir des effets minimes sur le génome humain normal, ce qui est une préoccupation majeure pour les personnes pratiquant la thérapie génique. »
Les scientifiques ont découvert que les gènes placés dans des sites refuges identifiés par leur outil maintenaient leur expression dans le temps. Les chercheurs ont également montré que s’ils mettaient un gène dans l’un des sites refuges identifiés par leur outil, cela affectait moins les gènes voisins qu’un site refuge classique.
L’outil, appelé Genomics and Epigenetic Guided Safe Harbor mapper (GEG-SH mapper) est disponible gratuitement sur https://github.com/dewshr/GEG-SH.
Auteurs et financement
Les premiers auteurs de l’étude sont Dewan Shrestha, de St. Jude et du Centre des sciences de la santé de l’Université du Tennessee, et Aishee Bag, de Rutgers, de l’Université d’État du New Jersey. Les autres auteurs de l’étude sont
Ruiqiong Wu, Xing Tang et Qian Qi, de Saint-Jude ; Yeting Zhang et l’auteur co-correspondant Jinchuan Xing, de Rutgers, l’Université d’État du New Jersey.
L’étude a été soutenue par des subventions du National Cancer Institute (P30 CA021765), des National Institutes of Health (R35GM133614), du St. Jude Collaborative Research Consortium on Novel Gene Therapies for Sickle Cell Disease (SCD), de l’Institut de génétique humaine du New Jersey et ALSAC, l’organisme de collecte de fonds et de sensibilisation de St. Jude.