L’édition principale, une forme polyvalente d’édition génétique capable de corriger la plupart des mutations génétiques pathogènes connues, dispose désormais d’un nouveau véhicule pour introduire sa machinerie dans les cellules des animaux vivants.
Une équipe de chercheurs du Broad Institute du MIT et de Harvard a conçu des particules de type virus pour fournir des éditeurs de premier ordre aux cellules de souris avec une efficacité suffisamment élevée pour sauver une maladie génétique. Dans le nouveau travail publié dans Biotechnologie naturellel’équipe a adapté des particules pseudo-virales (eVLP) qu’elle avait précédemment conçues pour transporter des éditeurs de base, un autre type d’éditeur de gènes de précision qui effectue des modifications d’une seule lettre dans l’ADN.
Les chercheurs décrivent maintenant comment ils ont repensé les eVLP et certaines parties de la principale machinerie d’édition de protéines et d’ARN pour augmenter l’efficacité d’édition jusqu’à 170 fois dans les cellules humaines par rapport aux eVLP précédents qui fournissaient des éditeurs de base.
L’équipe a utilisé son nouveau système pour corriger des mutations pathogènes dans les yeux de deux modèles murins de cécité génétique, rétablissant partiellement leur vision. Ils ont également fourni des éditeurs de premier ordre au cerveau de la souris et n’ont détecté aucune édition hors cible.
« Cette étude représente la première fois à notre connaissance que l’administration de complexes protéine-ARN est utilisée pour réaliser une édition thérapeutique chez un animal », a déclaré David Liu, auteur principal de l’étude et professeur Richard Merkin et directeur de l’Institut Merkin de Technologies transformatrices dans les soins de santé au Broad. Liu est également chercheur au Howard Hughes Medical Institute et professeur à l’Université Harvard.
Dilemme de livraison
Les approches d’édition génétique promettent de traiter toute une série de maladies en corrigeant avec précision les mutations génétiques à l’origine de la maladie. L’édition principale, décrite en 2019 par le groupe de Liu, peut entraîner des types de modifications de l’ADN plus longs et plus diversifiés que les autres types d’édition. Cependant, transmettre la machinerie complexe d’édition génétique aux cellules d’animaux vivants s’est avéré un défi.
Le système d’édition principal comporte trois composants : une protéine Cas9 qui peut couper l’ADN ; un ARN guide d’édition principal (pegRNA) qui spécifie l’emplacement de l’édition et contient également la nouvelle séquence éditée à installer à cet emplacement ; et une transcriptase inverse qui utilise le pegRNA comme modèle pour apporter des modifications spécifiques à l’ADN.
Les chercheurs ont utilisé diverses méthodes pour transmettre ces machines moléculaires aux cellules, notamment des nanoparticules lipidiques et des virus. Les particules de type virus (VLP), composées d’une enveloppe de protéines virales transportant une cargaison mais dépourvues de tout matériel génétique viral, ont également suscité un intérêt particulier. Mais les VLP ont traditionnellement donné des résultats de livraison modestes chez les animaux et doivent être spécifiquement conçus pour chaque type de cargaison afin de les livrer efficacement aux cellules.
« Au départ, nous espérions pouvoir utiliser les eVLP que nous avions minutieusement développés et optimisés pour l’édition de base et les appliquer aux éditeurs principaux », a déclaré Meirui An, étudiant diplômé du laboratoire Liu et premier auteur du nouvel article. « Mais lorsque nous avons essayé cela, nous n’avons observé pratiquement aucun montage principal. »
Percées dans les goulots d’étranglement
Dans le nouveau travail, les chercheurs ont entièrement réorganisé les protéines eVLP et la machinerie d’édition principale elle-même afin que les systèmes de livraison et d’édition fonctionnent plus efficacement. Par exemple, ils ont amélioré la façon dont la cargaison d’édition principale était emballée dans les eVLP, comment elle était séparée du véhicule de livraison et comment elle était livrée dans les noyaux des cellules cibles.
« La cargaison du principal éditeur doit être efficacement conditionnée dans les eVLP lorsque les particules se forment, mais doit également être efficacement libérée des particules après l’entrée dans la cellule cible », a déclaré Aditya Raguram, ancien étudiant diplômé du laboratoire Liu et co-auteur de l’étude. « Toutes ces étapes doivent être soigneusement orchestrées afin d’obtenir un montage principal efficace via eVLP. »
Même si chaque amélioration individuelle a entraîné de petits progrès dans l’efficacité des principaux éditeurs, les changements pris ensemble ont eu un impact beaucoup plus important.
« Lorsque nous avons tout combiné, nous avons constaté des améliorations d’environ 100 fois par rapport aux eVLP avec lesquels nous avons commencé », a déclaré Liu. « Ce type d’amélioration de l’efficacité devrait être suffisant pour nous donner des niveaux thérapeutiquement pertinents d’édition principale, mais nous n’en étions pas sûrs jusqu’à ce que nous le testions sur des animaux. »
Tests in vivo
Liu et ses collègues, en collaboration avec Krzysztof Palczewski de l’Université de Californie à Irvine, ont d’abord testé le système chez des souris pour corriger deux mutations génétiques différentes dans les yeux. Une mutation, dans le gène Mfrp, provoque une maladie appelée rétinite pigmentaire qui conduit à une dégénérescence rétinienne progressive. L’autre, dans le gène Rpe65, est associé à la cécité observée dans la maladie connue sous le nom d’amaurose congénitale de Leber (ACL) chez l’homme.
Dans les deux cas, les eVLP ont corrigé la mutation dans jusqu’à 20 % des cellules rétiniennes des animaux, rétablissant partiellement leur vision.
Le groupe de recherche a également montré que les eVLP dotés d’une machinerie d’édition de premier ordre pouvaient modifier efficacement les gènes du cerveau de souris vivantes. Près de la moitié de toutes les cellules du cortex cérébral ayant reçu la machine d’édition présentaient une modification génétique.
« Le domaine de l’édition génétique s’accorde largement sur le fait que, à l’avenir, les machines d’édition génétique devraient finalement être fournies sous forme de protéines afin de minimiser les effets secondaires potentiels et nous avons maintenant montré un moyen efficace d’y parvenir », a déclaré Liu. « Nous prévoyons de continuer à travailler activement à l’amélioration des eVLP et à adapter la technologie pour cibler d’autres types de tissus dans le corps. »
Plus d’information:
An, M. et al. Particules de type virus conçues pour la délivrance transitoire de complexes ribonucléoprotéiques principaux éditeurs in vivo, Biotechnologie naturelle (2024). DOI : 10.1038/s41587-023-02078-y