Une stratégie d’édition du génome développée à l’Université Rice peut corriger des dizaines d’erreurs en même temps avec une grande précision et efficacité, une percée possible pour ceux qui souffrent de maladies causées par une combinaison de mutations.
Le tableau « drive-and-process », DAP en abrégé, semble également très apte à éviter les modifications hors cible, des erreurs qui ont tourmenté les stratégies d’édition de gènes antérieures.
L’ingénieur Xue Sherry Gao et l’étudiant diplômé et auteur principal Qichen Yuan de la George R. Brown School of Engineering de Rice ont présenté leur architecture de réseau CRISPR unique en Communication Nature.
Leur technique pourrait à la fois simplifier et faire progresser l’art de l’édition de gènes, non seulement pour les maladies humaines, mais aussi pour la recherche fondamentale en biologie et l’ingénierie des cultures.
Pour ce faire, il exploite l’ARN de transfert (ARNt), une petite molécule essentielle à la synthèse des protéines, en tant que promoteur qui pilote l’expression de plusieurs ARN guides (ARNg) sur un seul réseau, puis libéré individuellement par les cellules pour diriger l’état de- éditeurs de génome d’art (éditeur de base ou éditeur principal) pour les modifications sur plusieurs sites génomiques humains.
Lors d’expériences en laboratoire, les chercheurs ont conçu un court ARNt de cystéine humaine de 75 nucléotides pour créer des matrices DAP hautement actives qui permettent jusqu’à 31 modifications avec l’éditeur de base et trois modifications avec l’éditeur principal à la fois. Les livraisons de puces DAP et d’éditeurs de génomes via un conteneur thérapeutique de virus adéno-associé (AAV) ou de lentivirus ont été davantage démontrées dans des cellules humaines.
« Auparavant, si nous voulions éditer plusieurs gènes dans la même cellule, nous devions les faire l’un après l’autre, ce qui prend beaucoup de temps et est peu efficace », a déclaré Yuan, un étudiant diplômé de troisième année au laboratoire de Gao. qui ont travaillé sur le projet pendant la pandémie de COVID-19.
« Maintenant, nous avons une solution beaucoup plus soignée », a-t-il déclaré. « Pour cet article, nous en avons démontré 31, mais en principe avec un seul tableau DAP, s’il n’est pas limité par la fabrication et la livraison, nous pourrions réaliser autant de modifications que nous le souhaitons. »
L’astuce de DAP est double : premièrement, il n’a pas besoin de la longue séquence d’ADN promoteur qui initie les gARN multiplexés, et deuxièmement, c’est une solution prête à l’emploi qui accepte les ARN guides pour une variété de cibles.
« Au tout début, nous avons cherché à démontrer l’édition de base multiplex avec CRISPR-Cas12a, qui peut libérer son propre ARN guide sur une courte matrice », a déclaré Yuan. « Cependant, seules de faibles efficacités ont été observées. »
« Cas9 ne peut pas traiter son propre réseau d’ARNg mais est préféré pour une édition de base efficace », a-t-il déclaré. « Nous avons montré qu’un ARNt de type espaceur lui-même est suffisant pour libérer plusieurs ARNg Cas9 à partir d’un réseau compact sans utiliser de long promoteur. »
Les chercheurs ont testé des versions de DAP qui pourraient installer collectivement des modifications supprimant la maladie dans des modèles de cellules humaines contre les maladies cardiaques, le diabète de type 2, la dystrophie musculaire, la drépanocytose et la bêta-thalassémie.
Leurs résultats ont montré des degrés variables d’éditions réussies et une édition hors cible minimale, ce qui peut être dû à la libération d’ARNg juste assez pour effectuer la tâche assignée.
« Puisque nous introduisons plusieurs modifications génétiques à la fois, on pourrait imaginer que cela pourrait conduire à davantage de modifications hors cible », a déclaré Gao. « Mais nos données expérimentales sont très impressionnantes. Nous avons en fait observé moins d’activités hors cible tout en maintenant le même niveau d’édition sur cible avec les baies DAP. »
« Cela pourrait être dû au fait que les concentrations individuelles d’ARNg libérées par les matrices DAP pourraient être efficaces pour l’édition sur cible mais pas assez pour l’édition hors cible », a-t-elle déclaré.
Yuan a noté que la démonstration de la compatibilité des puces DAP avec les deux vecteurs viraux les plus souvent utilisés en thérapie génique, l’AAV et le lentivirus, devrait aider à l’orienter vers des études in vivo.
« Nous prévoyons que nous pourrions associer des matrices DAP avec des éditeurs de base, des éditeurs principaux et d’autres technologies CRISPR émergentes, telles que le dépistage multiplex CRISPR et l’étude des maladies polygéniques in vivo », a déclaré Gao. « Notre laboratoire se concentre actuellement sur l’utilisation de ces technologies pour la modélisation de la maladie et le traitement de la fibrose kystique. »
Qichen Yuan et al, Édition multiplex de base et principale avec des matrices CRISPR de commande et de processus, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-30514-1