Les scientifiques et les médecins peuvent mieux évaluer la technologie d'édition génomique de précision à l'aide d'une nouvelle méthode rendue publique aujourd'hui par l'hôpital de recherche pour enfants St. Jude. Des quantités importantes de temps et de ressources consacrées à l'amélioration de la technologie d'édition génétique CRISPR se concentrent sur l'identification de petits sites non ciblés qui présentent un risque pour la sécurité, ce qui constitue également un défi technique. Les chercheurs de St. Jude ont résolu le problème en créant Circularisation pour l'analyse à haut débit des effets nucléases à l'échelle du génome par les éditeurs de base de séquençage (CHANGE-seq-BE), une méthode impartiale, sensible et économe en ressources pour trouver ces modifications hors cible. Il a surpassé les approches conventionnelles et a déjà été utilisé pour soutenir le travail clinique. La technique a été publiée dans Biotechnologie naturelle.
Alors que la technologie traditionnelle d’édition du génome utilise CRISPR-Cas9 pour couper un petit segment d’ADN du génome, les scientifiques ont continué à développer des versions plus précises, notamment des éditeurs de bases, capables de rechercher et de remplacer des paires de bases d’ADN individuelles.
Nous avons développé CHANGE-seq-BE pour permettre aux scientifiques de mieux comprendre les éditeurs de bases, une classe importante d'éditeurs précis du génome CRISPR. Il s'agit d'un moyen simple et rationalisé de comprendre l'activité globale des éditeurs de base qui permet aux chercheurs de sélectionner des combinaisons d'éditeurs et de cibles hautement spécifiques et actives pour la recherche ou la thérapeutique. »
Shengdar Tsai, PhD, auteur correspondant, Département d'hématologie de St Jude
CHANGE-seq-BE est déjà adopté pour soutenir la recherche clinique. L'article publié aujourd'hui comprend une étude de cas d'une application d'urgence pour la Food and Drug Administration (FDA) pour un éditeur de base traitant le syndrome Hyper IgM lié à l'X (X-HIGM) déficient en CD40L. X-HIGM est une maladie immunitaire génétique que l’édition de base pourrait être en mesure de corriger. CHANGE-seq-BE a pu confirmer une spécificité cible de 95,4 % à partir de l'éditeur de base utilisé, sans activité significative hors cible, fournissant ainsi des données de sécurité précieuses pour aider à faire avancer le traitement du patient.
« C'était une application vraiment passionnante pour soutenir une demande d'urgence adressée à la FDA pour traiter un patient rapidement », a déclaré Tsai. « Cela illustre comment cette méthode permet une compréhension rapide de ce que font ces éditeurs dans le génome et contribue à faire progresser des thérapies actives et spécifiques prometteuses. »
Combiner l’efficacité avec une approche impartiale donne de meilleurs résultats
Le laboratoire de Tsai a créé CHANGE-seq-BE parce que les méthodes conventionnelles permettant d'évaluer la sécurité des éditeurs de bases ont dû choisir entre une couverture complète et une utilisation efficace des ressources. Certaines techniques permettant de trouver de manière exhaustive et impartiale l'activité hors cible de l'édition de base nécessitent un séquençage complet du génome, ce qui peut s'avérer extrêmement coûteux et prendre beaucoup de temps. Alternativement, certaines techniques présélectionnent les cibles suspectées hors cible pour effectuer moins de séquençage et économiser des ressources, mais ces techniques biaisées ne peuvent jamais détecter des modifications hors cible inattendues. Les scientifiques de St. Jude ont conçu CHANGE-seq-BE pour capturer le meilleur des deux approches : une solution complète qui serait également économe en ressources.
Pour ce faire, CHANGE-seq-BE part d’un génome entier, mais au lieu de le séquencer immédiatement, les scientifiques divisent le génome en minuscules cercles d’ADN. Ils prennent ensuite ces cercles et les exposent à l'éditeur de base en cours de test. Ensuite, ils traitent l'ADN avec une enzyme spéciale qui détecte si une modification des bases s'est produite, ouvrant ces – et uniquement ceux – cercles d'ADN présentant des preuves de modification des bases en brins linéaires. Les brins linéaires d’ADN sont ensuite séquencés sélectivement, ce qui nécessite beaucoup moins de ressources que les techniques concurrentes. Ils l'ont optimisé pour les deux principaux types d'éditeurs de bases (éditeurs de bases adénine et cytosine). Après avoir développé la méthode, les scientifiques ont voulu savoir si elle était réellement à la fois plus complète et plus économe en ressources que les approches conventionnelles. Ils les ont donc testés face à face.
« Lorsque nous l'avons comparé directement à d'autres méthodes, CHANGE-seq-BE a trouvé presque tous les sites désignés par ces méthodes, ainsi que de nombreux sites qu'il était exclusivement capable de détecter », a déclaré Tsai. « Nous avons montré que cette approche impartiale était plus sensible en utilisant seulement environ 5 % des lectures de séquençage. »
Compte tenu de la sensibilité de la technique, de sa facilité d'utilisation et de l'utilisation efficace des ressources, d'autres ont déjà commencé à l'adopter. Des protocoles expérimentaux complets et des logiciels permettant d'activer CHANGE-seq-BE sont décrits dans l'étude, permettant cette adoption. Par exemple, en plus de l'application clinique rapportée dans l'article, les essais cliniques à St. Jude et au-delà ont intégré la technique dans leur planification, en l'utilisant comme outil d'évaluation de la sécurité et de l'efficacité. CHANGE-seq-BE a également été récemment utilisé pour caractériser le premier test spécifique au patient in vivo traitement d’édition du génome. Les laboratoires de recherche fondamentale étudiant l’édition de base ont également commencé à l’utiliser pour tester les cibles hors cible dès le début de leur processus, identifiant ainsi mieux les approches les plus prometteuses à poursuivre que les écrans existants. Ces premiers utilisateurs démontrent l'attrait de la technique pour les chercheurs et les cliniciens, ainsi que sa promesse de faire avancer l'avenir de l'édition de base.
« Nous avons permis à ceux qui développent ces thérapies de comprendre et de trouver rapidement les éditeurs de base présentant le potentiel d'activité et de spécificité le plus élevé », a déclaré Tsai. « Nous espérons que des méthodes telles que CHANGE-seq-BE ouvriront la porte à davantage de thérapies d'édition du génome développées pour et atteignant les patients qui en ont besoin. »
