Des scientifiques du Broad Institute du MIT et de Harvard ont amélioré une technologie d’édition de gènes qui est désormais capable d’insérer ou de remplacer des gènes entiers dans le génome des cellules humaines de manière suffisamment efficace pour être potentiellement utile pour des applications thérapeutiques.
Cette avancée, réalisée par le laboratoire de David Liu, membre du Broad Core Institute, pourrait un jour aider les chercheurs à développer une thérapie génique unique pour des maladies telles que la fibrose kystique, causées par l’une des centaines, voire des milliers de mutations différentes d’un gène. En utilisant cette nouvelle approche, ils inséreraient une copie saine du gène à son emplacement d’origine dans le génome, plutôt que d’avoir à créer une thérapie génique différente pour corriger chaque mutation en utilisant d’autres approches d’édition de gènes qui effectuent des modifications plus petites.
La nouvelle méthode utilise une combinaison d’édition principale, qui peut directement effectuer une large gamme d’éditions jusqu’à environ 100 ou 200 paires de bases, et d’enzymes recombinases nouvellement développées qui insèrent efficacement de gros morceaux d’ADN de plusieurs milliers de paires de bases de longueur à des sites spécifiques dans le génome. Ce système, appelé eePASSIGE, peut effectuer des modifications de la taille d’un gène plusieurs fois plus efficacement que d’autres méthodes similaires, et est rapporté dans Génie biomédical naturel.
« À notre connaissance, il s’agit de l’un des premiers exemples d’intégration de gènes ciblés et programmables dans des cellules de mammifères qui satisfait aux principaux critères de pertinence thérapeutique potentielle », a déclaré Liu, auteur principal de l’étude, professeur Richard Merkin et directeur de l’étude. Merkin Institute of Transformative Technologies in Healthcare at the Broad, professeur à l’Université Harvard et chercheur au Howard Hughes Medical Institute.
« Grâce à ces efficacités, nous espérons que de nombreuses maladies génétiques à perte de fonction, sinon la plupart, pourraient être améliorées ou sauvées, si l’efficacité que nous observons dans les cellules humaines cultivées peut être traduite en milieu clinique. »
L’étudiant diplômé Smriti Pandey et le chercheur postdoctoral Daniel Gao, tous deux membres du groupe de Liu, ont été les co-premiers auteurs de l’étude, qui était également une collaboration avec le groupe de Mark Osborn à l’Université du Minnesota et le groupe d’Elliot Chaikof au Beth Israel Deaconess Medical Center.
« Ce système offre des opportunités prometteuses pour les thérapies cellulaires où il peut être utilisé pour insérer avec précision des gènes dans des cellules en dehors du corps avant de les administrer à des patients pour traiter une maladie, entre autres applications », a déclaré Pandey.
« C’est passionnant de constater la grande efficacité et la polyvalence d’eePASSIGE, qui pourrait permettre une nouvelle catégorie de médicaments génomiques », a ajouté Gao. « Nous espérons également qu’il s’agira d’un outil que les scientifiques de toute la communauté de recherche pourront utiliser pour étudier des questions biologiques fondamentales. »
Améliorations majeures
De nombreux scientifiques ont utilisé l’édition principale pour installer efficacement des modifications dans l’ADN pouvant atteindre des dizaines de paires de bases, ce qui est suffisant pour corriger la grande majorité des mutations pathogènes connues. Mais l’introduction de gènes sains entiers, souvent longs de milliers de paires de bases, à leur emplacement d’origine dans le génome est un objectif de longue date dans le domaine de l’édition génétique.
Non seulement cela pourrait potentiellement traiter de nombreux patients, quelle que soit la mutation dont ils sont porteurs dans un gène pathogène, mais cela préserverait également les séquences d’ADN environnantes, ce qui augmenterait la probabilité que le gène nouvellement installé soit correctement régulé, plutôt que trop exprimé. , trop peu ou au mauvais moment.
En 2021, le laboratoire de Liu a signalé une étape clé vers cet objectif et a développé une approche d’édition principale appelée twinPE qui installait des « sites d’atterrissage » de recombinase dans le génome, puis utilisait des enzymes de recombinase naturelles telles que Bxb1 pour catalyser l’insertion d’un nouvel ADN dans le génome principal. sites cibles modifiés.
La société de biotechnologie Prime Medicine, cofondée par Liu, a rapidement commencé à utiliser cette technologie, qu’elle a appelée PASSIGE (prime-editing-assisted site-special integrase gene edition), pour développer des traitements contre les maladies génétiques.
PASSIGE n’installe des modifications que dans une fraction modeste des cellules, ce qui est suffisant pour traiter certaines maladies génétiques, mais probablement pas la plupart, résultant de la perte d’un gène fonctionnel. Ainsi, l’équipe de Liu, dans le nouveau travail rapporté aujourd’hui, a entrepris d’améliorer l’efficacité de l’édition de PASSIGE. Ils ont découvert que l’enzyme recombinase Bxb1 était responsable de la limitation de l’efficacité de PASSIGE. Ils ont ensuite utilisé un outil précédemment développé par le groupe de Liu appelé PACE (évolution continue assistée par phage) pour faire évoluer rapidement des versions plus efficaces de Bxb1 en laboratoire.
La variante Bxb1 nouvellement développée et conçue (eeBxb1) a amélioré la méthode eePASSIGE pour intégrer en moyenne 30 % de la taille d’un gène dans les cellules de souris et humaines, soit quatre fois plus que la technique originale et environ 16 fois plus qu’une autre méthode récemment publiée. appelé PÂTE.
« Le système eePASSIGE constitue une base prometteuse pour les études intégrant des copies de gènes sains sur des sites de notre choix dans des modèles cellulaires et animaux de maladies génétiques afin de traiter les troubles de perte de fonction », a déclaré Liu. « Nous espérons que ce système s’avérera être une étape importante vers la réalisation des avantages de l’intégration ciblée des gènes pour les patients. »
Avec cet objectif à l’esprit, l’équipe de Liu travaille actuellement à combiner eePASSIGE avec des systèmes d’administration tels que des particules pseudo-virales (eVLP) qui pourraient surmonter les obstacles qui limitaient traditionnellement l’administration thérapeutique des éditeurs de gènes dans le corps.
Plus d’information:
Pandey S, Gao XD et al. Intégration efficace et spécifique à un site de grands gènes dans les cellules de mammifères via des recombinases en évolution continue et une édition principale, Génie biomédical naturel (2024). DOI : 10.1038/s41551-024-01227-1