Un nouvel outil d'édition de gènes qui aide la machinerie cellulaire à ignorer des parties de gènes responsables de maladies a été appliqué pour réduire la formation de précurseurs de plaques bêta-amyloïdes dans un modèle murin de la maladie d'Alzheimer, rapportent des chercheurs de l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign.
L'application chez des souris vivantes montre l'efficacité améliorée de l'outil, appelé SPLICER, par rapport à la norme actuelle en matière de technologie d'édition génétique, ainsi que le potentiel d'application dans d'autres maladies, ont indiqué les chercheurs. Dirigés par Pablo Perez-Pinera, professeur de bio-ingénierie à l'Université d'I., les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue Communication naturelle.
SPLICER utilise une approche d'édition génétique appelée saut d'exon, qui présente un intérêt particulier pour les problèmes de santé provoqués par des mutations produisant des protéines mal repliées ou toxiques, telles que la dystrophie musculaire de Duchenne ou la maladie de Huntington.
« L'ADN contient les instructions permettant de construire tout ce qui est responsable du fonctionnement des cellules. C'est donc comme un livre de recettes contenant des instructions très détaillées pour la cuisine », a déclaré Perez-Pinera.
Mais il existe de vastes régions d’ADN qui ne codent pour rien. C'est comme si vous commenciez la recette d'un dîner à la dinde, puis que vous atteigniez une note indiquant « suite à la page 10 ». Après la page 10, il est « suite à la page 25 ». Les pages entre les deux sont du charabia. »
Pablo Perez-Pinera, professeur de bio-ingénierie, Université de l'Illinois à Urbana-Champaign
« Mais disons sur une des pages de recettes – ; en génétique, un exon – ; il y a une faute de frappe qui rend la dinde non comestible, voire toxique. Si nous ne pouvons pas corriger directement la faute de frappe, nous pourrions modifier la note qui la précède pour vous envoyer à la page suivante, en sautant la page avec l'erreur, de sorte qu'à la fin vous puissiez préparer une dinde comestible. Même si vous risquez de perdre la sauce qui était sur la page sautée, vous dîneriez toujours de la même manière. façon, si nous pouvons Si l'on ignore le morceau du gène portant la mutation toxique, la protéine résultante pourrait encore avoir suffisamment de fonctions pour remplir ses rôles critiques.
SPLICER s'appuie sur la populaire plateforme d'édition génétique CRISPR-Cas9 – ; avec des changements clés. Les systèmes CRISPR-Cas9 nécessitent une séquence d’ADN spécifique sur laquelle s’accrocher, limitant ainsi les gènes pouvant être modifiés. SPLICER utilise des enzymes Cas9 plus récentes qui n'ont pas besoin de cette séquence, ouvrant ainsi la porte à de nouvelles cibles comme le gène lié à la maladie d'Alzheimer sur lequel le groupe de l'Illinois s'est concentré.
« Un autre problème que nous abordons dans notre travail est la précision de ce qui est ignoré », a déclaré Angelo Miskalis, étudiant diplômé, co-premier auteur de l'article. « Avec les techniques actuelles de saut d'exon, parfois tous les exons ne sont pas sautés, il reste donc une partie de la séquence que nous ne voulons pas exprimer. Dans l'analogie du livre de recettes, c'est comme essayer de sauter une page, mais la nouvelle page commence dans au milieu d'une phrase, et maintenant la recette n'a plus de sens. Nous voulions éviter cela.
Il existe deux zones de séquence clés entourant un exon qui indiquent à la machinerie cellulaire quelles parties d'un gène utiliser pour fabriquer des protéines : une au début et une à la fin. Alors que la plupart des outils de saut d'exon ne ciblent qu'une seule séquence, SPLICER édite à la fois les séquences de début et de fin. En conséquence, les exons ciblés sont ignorés plus efficacement, a déclaré Miskalis.
Le groupe de l'Illinois a choisi de cibler un gène de la maladie d'Alzheimer pour la première démonstration des capacités thérapeutiques de SPLICER, car même si le gène cible a été bien étudié, le saut d'exon efficace est resté insaisissable dans les organismes vivants. Les chercheurs ont ciblé un exon spécifique codant pour une séquence d’acides aminés dans une protéine qui est clivée pour former la bêta-amyloïde, qui s’accumule pour former des plaques sur les neurones du cerveau à mesure que la maladie progresse.
Dans les neurones en culture, SPLICER a réduit efficacement la formation de bêta-amyloïde. Lors de l’analyse de la production d’ADN et d’ARN du cerveau de souris, les chercheurs ont constaté que l’exon ciblé était diminué de 25 % chez les souris traitées par SPLICER, sans aucune preuve d’effets hors cible.
« Lorsque nous avons initialement essayé de cibler cet exon avec des techniques plus anciennes, cela n'a pas fonctionné », a déclaré Shraddha Shirguppe, étudiant diplômé, également co-premier auteur de l'étude. « La combinaison des nouveaux éditeurs de base avec l'édition à double épissure a permis de sauter l'exon à un rythme bien meilleur que ce que nous pouvions auparavant avec l'une des méthodes disponibles. Nous avons pu montrer que non seulement il pouvait mieux sauter l'exon entier, mais il réduisait également la protéine qui produit la plaque dans ces cellules.
« Le saut d'exon ne fonctionne que si la protéine résultante est toujours fonctionnelle, elle ne peut donc pas traiter toutes les maladies ayant une base génétique. C'est la limite globale de l'approche », a déclaré Perez-Pinera. « Mais pour des maladies comme la dystrophie musculaire d'Alzheimer, de Parkinson, de Huntington ou de Duchenne, cette approche présente beaucoup de potentiel. La prochaine étape immédiate consiste à examiner la sécurité de l'élimination des exons ciblés dans ces maladies et à s'assurer que nous ne créons pas une nouvelle protéine toxique ou dépourvue d'une fonction clé. Nous aurions également besoin de mener des études animales à plus long terme et de voir si la maladie progresse avec le temps.
Dans l'Illinois, Perez-Pinera est également affilié au département de physiologie moléculaire et intégrative, au Carle Illinois College of Medicine, au Cancer Center de l'Illinois et à l'Institut Carl R. Woese de biologie génomique. Les professeurs de bioingénierie de l'Université d'I., Sergei Maslov et Thomas Gaj, étaient les coauteurs de l'article. Les National Institutes of Health, la Muscular Dystrophy Association, l'American Heart Association, la Parkinson's Disease Foundation et la Simons Foundation ont soutenu ce travail.
