Une équipe de chercheurs chinois dirigée par le professeur Gao Caixia de l'Institut de génétique et de biologie du développement de l'Académie chinoise des sciences a développé deux nouvelles technologies d'édition de génome, connues collectivement sous le nom de systèmes programmables d'ingénierie des chromosomes (PCE).
L'étude, publiée en ligne dans Cellule Le 4 août, réalise plusieurs types de manipulations précises de l'ADN allant de la kilobase à l'échelle de la mégabase dans des organismes plus élevés, en particulier les plantes.
Des recherches approfondies ont démontré l'immense potentiel du système CRE-Lox de recombinase spécifique au site pour une manipulation chromosomique précise. Cependant, son application plus large a été entravée par trois limitations critiques: (1) les réactions de recombinaison réversibles-tige de la symétrie inhérente des sites LOX-CAN nient les modifications souhaitées; (2) la nature tétramérique de la recombinase CRE complique les efforts d'ingénierie, entravant l'optimisation de l'activité; et (3) les sites LOX résiduels après recombinaison peuvent compromettre la précision d'édition.
L'équipe de recherche a abordé chacun de ces défis et a développé de nouvelles méthodes pour faire progresser l'état de cette technologie. Tout d'abord, ils ont construit une plate-forme à haut débit pour la modification rapide du site de recombinaison et ont proposé une conception de site LOX asymétrique. Cela a conduit au développement de nouvelles variantes de LOX qui réduisent l'activité de recombinaison réversible de plus de 10 fois (abordant le niveau de fond des contrôles négatifs) tout en conservant la recombinaison à haute efficacité.
Ils ont ensuite exploité leur AICE récemment développé (contraintes axées sur l'IA pour l'ingénierie des protéines), un système d'évolution dirigé par des protéines Model-A intégrant des modèles de pliage inverse généraux avec des contraintes structurelles et évolutives pour développer AICErécolteune méthode d'ingénierie de recombinase. Cette approche a permis une optimisation précise de l'interface multimérisation de Cre, donnant une variante d'ingénierie avec une efficacité de recombinaison 3,5 fois celle de la CRE de type sauvage.
Enfin, ils ont conçu et affiné une stratégie d'édition sans cicatrice pour les recombinases. En exploitant l'efficacité d'édition élevée des éditeurs de premier ordre, ils ont développé Re-Pembrna, une méthode qui utilise des PeGRNA spécifiquement conçues pour effectuer un édition de reprome sur des sites LOX résidus, les remplaçant précisément par la séquence génomique originale, garantissant ainsi des modifications du génome transparent.
L'intégration de ces trois innovations a conduit à la création de deux plateformes programmables, PCE et Repce. Ces plates-formes permettent une programmation flexible des positions d'insertion et des orientations pour différents sites LOX, permettant une manipulation précise et sans cicatrice de fragments d'ADN allant de la kilobase à l'échelle de mégabase dans les cellules végétales et animales. Les réalisations clés comprennent: l'intégration ciblée de gros fragments d'ADN jusqu'à 18,8 kb, le remplacement complet des séquences d'ADN de 5 kb, les inversions chromosomiques couvrant 12 Mo, les suppressions chromosomiques de 4 Mo et les translocations chromosomes entières.
Pour preuve de concept, les chercheurs ont utilisé cette technologie pour créer un germage du riz résistant aux herbicides avec une inversion précise de 315 kb, présentant son potentiel transformateur de génie génétique et d'amélioration des cultures.
Ce travail pionnier surmonte non seulement les limites historiques du système CRE-Lox, mais ouvre également de nouvelles avenues pour une ingénierie du génome précise dans une variété d'organismes.
