CRISPR-Cas9 est largement utilisé pour modifier le génome en étudiant les gènes d’intérêt et en modifiant les gènes associés à la maladie. Cependant, ce processus est associé à des effets secondaires, notamment des mutations indésirables et une toxicité. Par conséquent, une nouvelle technologie qui réduit ces effets secondaires est nécessaire pour améliorer son utilité dans l’industrie et la médecine. Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université de Kyushu dans le sud du Japon et de la faculté de médecine de l’Université de Nagoya dans le centre du Japon ont mis au point une méthode optimisée d’édition du génome qui réduit considérablement les mutations, ouvrant la porte à un traitement plus efficace des maladies génétiques avec moins de mutations indésirables. Leurs découvertes ont été publiées dans Nature Biomedical Engineering.
La technologie d’édition du génome centrée sur CRISPR-Cas9 a révolutionné les industries alimentaires et médicales. Dans cette technologie, la nucléase Cas9, une enzyme qui coupe l’ADN, est introduite dans la cellule avec un ARN guide synthétique (ARNg) qui guide l’enzyme vers l’emplacement requis. En coupant le génome, les gènes indésirables peuvent être supprimés et de nouveaux gènes (fonctionnels) peuvent être ajoutés facilement et rapidement.
L’un des inconvénients de l’édition du génome est qu’il existe des préoccupations croissantes concernant les mutations et les effets hors cible. Ceci est souvent causé par l’enzyme ciblant les sites génomiques qui ont une séquence similaire au site cible. De même, des mutations au niveau des chromosomes peuvent survenir lorsque des gènes sont modifiés, ce qui a entravé les essais cliniques de thérapie génique pour le cancer et a même entraîné la mort de patients sous traitement pour la dystrophie musculaire. Le groupe a émis l’hypothèse que les protocoles d’édition actuels qui utilisent Cas9 provoquent un clivage excessif de l’ADN, entraînant certaines des mutations.
Pour tester cette hypothèse, un groupe composé du professeur adjoint Masaki Kawamata de l’Université de Kyushu et du professeur Hiroshi Suzuki de la Graduate School of Medicine de l’Université de Nagoya a construit un système appelé « AIMS » dans des cellules de souris, qui a évalué l’activité de Cas9 séparément pour chaque chromosome. Leurs résultats ont montré que la méthode couramment utilisée était associée à une activité d’édition très élevée. Ils ont déterminé que cette activité élevée provoquait certains des effets secondaires indésirables, ils ont donc recherché des méthodes de modification de l’ARNg qui pourraient la supprimer. Ils ont découvert qu’une extension supplémentaire de la cytosine à l’extrémité 5′ de l’ARNg était efficace comme « garantie » de la suractivité et permettait de contrôler le clivage de l’ADN. Ils ont appelé ce système de réglage fin « ARNg de sauvegarde » ([C]ARNg). »
Leurs résultats ont été saisissants. Grâce à leur nouvelle technique, les effets hors cible et la cytotoxicité ont été réduits, l’efficacité de l’édition sélective d’un seul allèle a été augmentée et l’efficacité de la réparation dirigée par l’homologie, le mécanisme le plus couramment utilisé pour la réparation des cassures double brin de l’ADN, a été améliorée.
Pour tester son efficacité dans un cadre médical, ils ont étudié une maladie rare appelée fibrodysplasie ossifiante progressive. À l’aide d’un modèle de souris, ils ont pu créer le même génotype que la version humaine de la maladie. Ensuite, en utilisant des cellules iPS dérivées de patients, ils ont pu réparer avec précision les dommages jusqu’à un seul nucléotide spécifiquement dans l’allèle associé à la maladie causant la maladie, démontrant l’utilité de leur technique en tant que méthode de thérapie génique sûre et efficace.
L’équipe a également construit le premier modèle mathématique de la corrélation entre divers modèles d’édition du génome et l’activité de Cas9, ce qui permettrait à l’utilisateur de simuler les résultats de l’édition du génome dans une population cellulaire entière. Cette percée permettrait aux chercheurs de déterminer l’activité Cas9 qui maximise l’efficacité, réduisant les coûts énormes et la main-d’œuvre requise.
Nous avons établi une nouvelle plate-forme d’édition du génome qui peut maximiser l’efficacité d’édition souhaitée en développant la régulation de l’activité [C]ARNg avec une activité Cas9 appropriée. De plus, nous avons découvert que « l’ARNg de sauvegarde » peut être appliqué à divers outils CRISPR qui nécessitent des ARNg en régulant leurs activités, comme ceux utilisant Cas12a, qui a un mécanisme de clivage d’ADN différent. Pour les techniques qui utilisent Cas9 pour activer ou réprimer des gènes d’intérêt, tels que l’activation CRISPR et l’interférence CRISPR, une induction ou une suppression excessive de l’expression génique peut ne pas être utile et même nocive pour les cellules. Contrôle des niveaux d’expression par [C]L’ARNg est une technologie importante qui peut être utilisée pour diverses applications, y compris la mise en œuvre d’une thérapie génique précise. »
Professeur Hiroshi Suzuki, École supérieure de médecine de l’Université de Nagoya
Le groupe travaille actuellement sur un plan d’affaires de démarrage pour diffuser la nouvelle plateforme d’édition du génome. « En particulier, nous pensons que cette technologie peut apporter une contribution significative au domaine médical », a déclaré le Dr Kawamata. « Nous évaluons actuellement son efficacité thérapeutique et son innocuité pour des maladies cibles sélectionnées dans des expérimentations cellulaires et animales et nous l’utilisons pour aider à développer des médicaments thérapeutiques et des méthodes de thérapie génique, en particulier pour les maladies rares pour lesquelles aucune méthode de traitement n’a encore été établie.
