Les scientifiques ont découvert que les cellules des premiers embryons humains sont souvent incapables de réparer les dommages causés à leur ADN. Les chercheurs disent que cela a des implications importantes pour l’utilisation proposée des techniques d’édition de gènes pour éliminer les maladies héréditaires graves des embryons, ainsi que pour la FIV en général.
Présentation de la recherche au 39e réunion annuelle de la Société européenne de reproduction humaine et d’embryologie (ESHRE), le Dr Nada Kubikova de l’Université d’Oxford (Royaume-Uni), a déclaré : « L’édition de gènes a le potentiel de corriger les gènes défectueux, un processus qui implique généralement d’abord de casser puis de réparer Nos nouvelles découvertes avertissent que les technologies d’édition de gènes couramment utilisées peuvent avoir des conséquences indésirables et potentiellement dangereuses si elles sont appliquées à des embryons humains.
Elle a décrit comment elle a évalué l’outil d’édition de gènes, CRISPR-Cas9, pour découper et remplacer des sections d’ADN dans les cellules embryonnaires précoces.
Nos résultats montrent que l’utilisation de CRISPR-Cas9 dans les embryons humains précoces comporte des risques importants. Nous avons découvert que l’ADN des cellules embryonnaires peut être ciblé avec une grande efficacité, mais malheureusement, cela conduit rarement au type de changements nécessaires pour corriger un gène défectueux. Le plus souvent, le brin d’ADN est rompu de façon permanente, ce qui pourrait potentiellement conduire à des anomalies génétiques supplémentaires dans l’embryon. »
Dr Nada Kubikova, Université d’Oxford
L’édition de gènes a commencé à être utilisée chez les enfants et les adultes atteints de maladies causées par des mutations génétiques telles que la fibrose kystique, le cancer et la drépanocytose. De nombreux autres troubles héréditaires pourraient être évités si l’édition de gènes pouvait être effectuée sur les embryons avant leur implantation dans l’utérus, car c’est le seul stade de développement où la technologie CRISPR-Cas9 peut être garantie d’atteindre chaque cellule de l’embryon. Cependant, parce qu’il a le potentiel de créer des changements dans le génome humain qui seraient transmis de génération en génération, et en raison de l’incertitude quant à sa sécurité, son utilisation dans les embryons est actuellement interdite dans la plupart des pays du monde. [2].
« Des lacunes importantes dans nos connaissances subsistent », a déclaré le Dr Kubikova. « Nous voulions évaluer si CRISPR-Cas9 pouvait être une méthode efficace pour corriger les erreurs génétiques dans les embryons humains et faire la lumière sur la sécurité d’utilisation de ces méthodes. »
Dans une étude approuvée sur le plan éthique, le Dr Kubikova et ses collègues ont fécondé des ovules donnés avec du sperme donné en utilisant l’injection intracytoplasmique de sperme (ICSI) pour créer 84 embryons. Dans 33 des embryons, ils ont utilisé CRISPR-Cas9 pour créer des cassures dans les deux brins qui composent la molécule d’ADN – appelées cassures double brin de l’ADN.
« Nous avons utilisé CRISPR pour cibler les zones de l’ADN qui ne contiennent aucun gène », a déclaré le Dr Kubikova. « C’est parce que nous voulions savoir ce qui est toujours vrai sur la façon dont CRISPR affecte les cellules embryonnaires et leur ADN, et ne pas être distraits par les changements causés par la perturbation d’un gène particulier. »
Les 51 embryons restants ont été conservés comme témoins.
« Toutes les cellules du corps ont des mécanismes très efficaces pour réparer les dommages affectant leur ADN. Dans la plupart des cas, les extrémités des brins d’ADN brisés sont rapidement reconnectées. Ceci est très important, car la persistance de dommages à l’ADN non réparés empêche les cellules de fonctionner correctement et peut La façon la plus courante dont les cellules réparent l’ADN est de reconnecter les deux extrémités du brin d’ADN, bien que lorsque cela se produit, il est courant que quelques lettres de code génétique soient supprimées ou dupliquées au site où les brins sont rattachés. Cela peut perturber les gènes et ne permet pas de corriger les mutations. C’est ce qu’on appelle la jonction d’extrémités non homologues », a déclaré le Dr Kubikova.
« Une autre façon pour les cellules de réparer une rupture de l’ADN consiste à utiliser une copie intacte de la zone affectée comme modèle, en la copiant et en remplaçant la zone endommagée. Il est possible de fournir aux cellules des morceaux d’ADN contenant légèrement séquences d’ADN altérées, comme avoir une séquence normale plutôt qu’une mutation.La cellule peut alors utiliser ces matrices lorsqu’elle répare la cassure produite par CRISPR, en supprimant le morceau d’ADN cassé et en copiant le reste de la séquence fournie en même temps. C’est ce qu’on appelle la réparation dirigée par l’homologie et c’est le processus requis pour corriger une mutation. »
Les chercheurs ont détecté des altérations au niveau des sites d’ADN ciblés dans 24 embryons sur 25, indiquant que CRISPR est très efficace dans les cellules d’embryons humains. Cependant, seulement neuf pour cent des sites ciblés ont été réparés en utilisant le processus cliniquement utile de réparation dirigée par homologie. Cinquante et un pour cent des brins d’ADN brisés ont subi une jonction d’extrémité non homologue, produisant des mutations là où les brins ont été reconnectés. Les 40% restants de brins d’ADN cassés n’ont pas été réparés. Les cassures non réparées dans les brins d’ADN ont finalement conduit à la perte ou à la duplication de gros morceaux de chromosome, qui s’étendent du site de la cassure à l’extrémité du chromosome. Les anomalies de ce type affectent la viabilité des embryons et si les embryons affectés étaient transférés dans l’utérus et produisaient un bébé, ils présenteraient un risque d’anomalies congénitales graves.
« Notre étude montre que la réparation dirigée par homologie est peu fréquente chez les premiers embryons humains et que, dans les premiers jours de la vie, les cellules des embryons humains ont du mal à réparer les brins d’ADN cassés. CRISPR-Cas9 a été remarquablement efficace pour cibler le site de l’ADN. Cependant , la majorité des cellules ont réparé la cassure de l’ADN induite par CRISPR en utilisant une jonction d’extrémité non homologue, un processus qui introduit des mutations supplémentaires plutôt que de corriger celles qui existent Ce serait un défi s’il y avait des tentatives d’utiliser CRISPR-Cas9 pour corriger les troubles héréditaires dans des embryons humains, car cela suggère que la plupart du temps, lorsqu’elle est tentée, elle ne réussira pas », a déclaré le Dr Kubikova.
« Bien que les résultats mettent en garde contre l’utilisation de l’édition du génome dans les embryons humains, certains résultats positifs suggèrent que les risques peuvent être réduits et que la capacité d’éliminer avec succès les mutations peut être augmentée en modifiant la manière dont l’édition du génome est entreprise. Cela offre l’espoir d’améliorations futures de la technologie.
« En moyenne, seulement environ un quart des embryons créés par FIV réussissent à produire un bébé. La moitié d’entre eux arrêtent de se développer en laboratoire avant de pouvoir être transférés dans l’utérus. L’incapacité des embryons à réparer efficacement les dommages à l’ADN, révélée par cette étude, peut expliquer pourquoi certains embryons de FIV ne se développent pas. Cette compréhension peut conduire à des traitements de FIV améliorés », a-t-elle déclaré.
Désormais, les chercheurs chercheront de nouvelles façons de protéger les embryons précoces contre les dommages à l’ADN, ce qui pourrait conduire à des améliorations potentielles des traitements de fertilité. Ils prévoient également d’explorer des méthodes plus douces d’édition de gènes qui évitent la rupture des brins d’ADN, ce que les embryons pourraient trouver plus facile à gérer.
« À l’avenir, de telles méthodes pourraient offrir la possibilité d’inverser les mutations qui ont détruit des familles pendant des générations, en empêchant l’hérédité de troubles catastrophiques », a conclu le Dr Kubikova.
La présidente élue de l’ESHRE, la professeure Karen Sermon, responsable du groupe de recherche sur la reproduction et la génétique, Vrije Universiteit Brussel, Bruxelles (Belgique), n’a pas participé à la recherche. Elle a commenté : « Il s’agit d’une excellente étude du Dr Kubikova et de ses collègues. Elle souligne l’importance de la raison pour laquelle l’édition de gènes doit être étudiée et comprise de manière approfondie avant toute tentative d’édition de gènes d’embryons humains.
« Je pense qu’il est probable que l’édition de gènes deviendra un outil utile à un moment donné dans le futur pour empêcher les bébés de naître avec des maladies génétiques graves dans un nombre restreint de cas où les tests génétiques préimplantatoires ne s’appliqueraient pas. Cependant, cette recherche montre l’un des les façons dont cela peut mal tourner. Il faudra un certain temps avant que nous puissions être sûrs que nous comprenons vraiment comment l’utiliser avec succès sans surprises indésirables et inattendues. Cela nécessitera une réglementation stricte. En attendant, des recherches minutieuses comme celle-ci apportent nous un peu plus près, et peut également aider à comprendre comment améliorer les traitements de fertilité. »
