L’édition du génome avec divers complexes moléculaires CRISPR-Cas a progressé rapidement ces dernières années. Des centaines de laboratoires à travers le monde s’efforcent désormais d’utiliser ces outils en clinique et les perfectionnent continuellement.
Les outils CRISPR-Cas permettent aux chercheurs de modifier les éléments constitutifs individuels du matériel génétique de manière précise et ciblée. Les thérapies géniques basées sur une telle modification génétique sont déjà utilisées pour traiter les maladies héréditaires, lutter contre le cancer et créer des cultures tolérantes à la sécheresse et à la chaleur.
Sommaire
Démarrage de la réparation
Le complexe moléculaire CRISPR-Cas9, également connu sous le nom de ciseaux génétiques, est l’outil le plus utilisé par les scientifiques du monde entier. Il coupe l’ADN double brin à l’endroit exact où le matériel génétique doit être modifié. Cela contraste avec les méthodes d’édition génétique plus récentes, qui ne coupent pas le double brin.
La coupure active deux mécanismes de réparation naturels que la cellule utilise pour réparer de tels dommages : un mécanisme rapide mais imprécis qui reconnecte uniquement les extrémités de l'ADN coupé, et un mécanisme lent et précis qui est lent et complet mais qui n'est pas activé dans tous les cas. Ce dernier nécessite un modèle copiable pour la réparation afin de rejoindre avec précision l'ADN sur le site coupé.
La variante lente est appelée réparation dirigée par homologie. Les chercheurs souhaitent utiliser cette méthode de réparation car elle permet l’intégration précise de segments d’ADN individuels dans une région génétique souhaitée. L’approche est très flexible et peut être utilisée pour réparer différents gènes de maladies.
En principe, il pourrait être utilisé pour guérir n’importe quelle maladie. »
Jacob Corn, professeur de biologie du génome à l'ETH Zürich
Augmenter l’efficacité avec une seule molécule
Pour amener la cellule à utiliser la réparation dirigée par l'homologie, les chercheurs ont récemment commencé à utiliser une molécule appelée AZD7648, qui bloque la réparation rapide et oblige la cellule à utiliser la réparation dirigée par l'homologie. Cette approche devrait accélérer le développement de thérapies géniques plus efficaces. Les premières études sur ces nouvelles thérapies ont été bonnes. Trop beau pour être vrai, il s’est avéré.
Un groupe de recherche dirigé par Jacob Corn vient de découvrir que l’utilisation de l’AZD7648 entraîne de graves effets secondaires. L'étude vient d'être publiée dans la revue Biotechnologie naturelle.
Des changements génétiques massifs
Bien que l’AZD7648 favorise une réparation précise et donc une édition précise des gènes à l’aide du système CRISPR-Cas9 comme espéré, dans une proportion importante de cellules, cela a conduit à des changements génétiques massifs dans une partie du génome qui devait être modifiée sans laisser de cicatrices. Les chercheurs de l’ETH ont découvert que ces changements entraînaient la simple suppression de milliers et de milliers d’éléments constitutifs de l’ADN, appelés bases. Même des bras chromosomiques entiers se sont brisés. Cela rend le génome instable, avec des conséquences imprévisibles pour les cellules modifiées par cette technique.
« Lorsque nous avons analysé le génome sur les sites où il avait été édité, il semblait correct et précis. Mais lorsque nous avons analysé le génome de manière plus large, nous avons constaté des changements génétiques massifs. Ceux-ci ne sont pas visibles lorsque vous analysez uniquement la courte section éditée et son voisinage immédiat », explique Grégoire Cullot, chercheur postdoctoral dans le groupe de Corn et premier auteur de l'étude.
L'étendue des dégâts est importante
L'ampleur des effets négatifs a surpris les chercheurs. En fait, ils soupçonnent qu’ils n’ont pas encore une image complète de l’étendue des dommages, car ils n’ont pas examiné l’intégralité du génome lors de l’analyse des cellules modifiées, mais seulement des régions partielles.
De nouveaux tests, approches et réglementations sont donc nécessaires pour clarifier l’étendue et le potentiel des dommages.
La molécule AZD7648 n’est pas inconnue. Il fait actuellement l’objet d’essais cliniques en tant que traitement potentiel contre le cancer.
Mais comment les chercheurs de l’ETH ont-ils pris conscience du problème ? Dans d’autres études, les chercheurs ont montré à quel point l’édition génétique CRISPR-Cas9 est très efficace et précise lorsque l’AZD7648 est ajouté. « Cela nous a rendu méfiants, alors nous avons regardé de plus près », explique Jacob Corn.
Les chercheurs de l’ETH ont ensuite analysé la séquence des éléments constitutifs de l’ADN non seulement autour du site édité, mais également dans un environnement plus large. Ils ont découvert ces effets secondaires indésirables et catastrophiques provoqués par l’utilisation de l’AZD7648.
Leur étude est la première à décrire ces effets secondaires. D'autres groupes de recherche les ont également étudiés et soutiennent les conclusions des chercheurs de l'ETH. Ils visent également à publier leurs résultats. « Nous sommes les premiers à dire que tout n'est pas merveilleux », déclare Corn. « Pour nous, c'est un revers majeur car, comme d'autres scientifiques, nous avions espéré utiliser cette nouvelle technique pour accélérer le développement des thérapies géniques. »
Le début de quelque chose de nouveau
Néanmoins, Corn affirme que ce n’est pas la fin mais le début de nouvelles avancées dans l’édition génétique utilisant les techniques CRISPR-Cas. « Le développement de toute nouvelle technologie est un chemin semé d'embûches. Un seul faux pas ne signifie pas que nous abandonnons la technologie. »
Il serait peut-être possible d’éviter le danger en utilisant non pas une seule molécule pour promouvoir le HDR à l’avenir, mais un cocktail de différentes substances. « Il existe de nombreux candidats possibles. Il reste maintenant à déterminer de quels composants un tel cocktail devrait être composé pour ne pas endommager le génome. »
Les thérapies géniques basées sur le système CRISPR-Cas ont déjà été utilisées avec succès en pratique clinique. Ces dernières années, par exemple, une centaine de patients souffrant de drépanocytose héréditaire ont été traités avec des traitements à base de CRISPR-Cas – sans AZD7648. « Tous les patients sont considérés comme guéris et ne présentent aucun effet secondaire », explique Corn. « Je suis donc optimiste quant au fait que les thérapies géniques comme celle-ci deviendront courantes. La question est de savoir quelle approche est la bonne et ce que nous devons faire pour rendre cette technique sûre pour le plus grand nombre de patients possible. »
