Une méthode scientifique couramment utilisée pour analyser une infime quantité d’ADN dans les premiers embryons humains ne parvient pas à refléter avec précision les modifications génétiques, selon une nouvelle recherche menée par des scientifiques de l’Oregon Health & Science University.
L’étude, publiée aujourd’hui dans la revue Communication Nature, impliquait le séquençage des génomes d’embryons humains précoces ayant subi une édition du génome à l’aide de l’outil d’édition de gènes CRISPR. Les travaux remettent en question l’exactitude d’une procédure de lecture d’ADN qui repose sur l’amplification d’une petite quantité d’ADN à des fins de tests génétiques.
En outre, l’étude révèle que l’édition de gènes pour corriger les mutations pathogènes dans les premiers embryons humains peut également entraîner des modifications involontaires et potentiellement nocives du génome.
Ensemble, les résultats soulèvent une nouvelle base scientifique de prudence pour tout scientifique qui pourrait être sur le point d’utiliser des embryons génétiquement modifiés pour établir des grossesses. Bien que les technologies d’édition de gènes soient prometteuses pour prévenir et traiter les maladies héréditaires débilitantes, la nouvelle étude révèle des limites qui doivent être surmontées avant que l’édition de gènes pour établir une grossesse puisse être considérée comme sûre ou efficace.
« Cela vous indique à quel point nous en savons peu sur l’édition du génome, et en particulier sur la façon dont les cellules réagissent aux dommages à l’ADN induits par CRISPR », a déclaré l’auteur principal Shoukhrat Mitalipov, Ph.D., directeur du Centre OHSU pour la thérapie cellulaire et génique embryonnaire; et professeur d’obstétrique et de gynécologie, de biosciences moléculaires et cellulaires, OHSU School of Medicine, OHSU Oregon National Primate Research Center. « La réparation des gènes a un grand potentiel, mais ces nouveaux résultats montrent que nous avons beaucoup de travail à faire. »
Les résultats viennent lors du troisième sommet international sur l’édition du génome humain à Londres. À la veille du dernier sommet international, tenu à Hong Kong en novembre 2018, un scientifique chinois a révélé la naissance des premiers bébés au monde issus d’embryons génétiquement modifiés grâce à une expérience qui a suscité une condamnation mondiale.
Embryons mal diagnostiqués
Avant qu’un embryon modifié puisse être transféré pour établir une grossesse, il est important de s’assurer que la procédure a fonctionné comme prévu.
Étant donné que les premiers embryons humains ne sont constitués que de quelques cellules, il n’est pas possible de collecter suffisamment de matériel génétique pour les analyser efficacement. Au lieu de cela, les scientifiques interprètent les données d’un petit échantillon d’ADN prélevé sur quelques-unes ou même une seule cellule, qui doit ensuite être multiplié des millions de fois au cours d’un processus connu sous le nom d’amplification du génome entier.
Le même processus, connu sous le nom de test génétique préimplantatoire, ou PGT, est souvent utilisé pour dépister les embryons humains pour diverses conditions génétiques chez les patients subissant une fécondation in vitro.
L’amplification du génome entier a des limites qui réduisent la précision des tests génétiques, a déclaré la co-auteure principale Paula Amato, MD, professeur d’obstétrique et de gynécologie à la faculté de médecine de l’OHSU.
« Le problème est que nous pourrions mal diagnostiquer les embryons », a déclaré Amato.
Amato, qui utilise la fécondation in vitro pour traiter les patients aux prises avec l’infertilité ainsi que pour prévenir la transmission de maladies héréditaires, a déclaré que la PGT utilisant une technologie plus avancée est toujours cliniquement utile pour détecter les anomalies chromosomiques et les troubles génétiques causés par une seule mutation génétique transmise par le parent. à enfant.
L’étude met en évidence les défis liés à l’établissement de la sécurité des techniques d’édition de gènes.
« Nous ne pourrons peut-être pas prédire de manière fiable que cet embryon donnera naissance à un bébé en bonne santé », a déclaré Mitalipov. « C’est un problème majeur. »
Pour surmonter ces problèmes, les chercheurs de l’OHSU, ainsi que des collaborateurs d’institutions de recherche en Corée du Sud et en Chine, ont établi des lignées de cellules souches embryonnaires à partir d’embryons génétiquement modifiés. Les cellules souches embryonnaires se développent indéfiniment et fournissent suffisamment de matériel ADN qui ne nécessite pas d’amplification du génome entier pour être analysé.
Les chercheurs affirment que la découverte met en évidence la nature sujette aux erreurs de l’amplification du génome entier et la nécessité de vérifier les modifications dans les embryons en établissant des lignées de cellules souches embryonnaires.
Une étude vérifie la réparation des gènes
À l’aide de cellules souches embryonnaires, la nouvelle étude vérifie le processus de réparation des gènes développé par le laboratoire de Mitalipov ; les découvertes ont été publié dans la revue Nature en 2017 et vérifié en 2018.
Dans cette étude, les scientifiques ont coupé une séquence cible spécifique sur un gène mutant connu pour être porté par un donneur de sperme.
Les chercheurs ont découvert que les embryons humains réparaient ces cassures, en utilisant la copie normale du gène de l’autre parent comme modèle. Mitalipov et ses co-auteurs ont confirmé que ce processus, connu sous le nom de conversion génique, se produit régulièrement dans les premiers embryons humains suite à une cassure double brin dans leur ADN. Une telle réparation, si elle est utilisée pour établir une grossesse par fécondation in vitro et transfert d’embryon, pourrait théoriquement empêcher la transmission d’une maladie familiale connue à l’enfant, ainsi qu’à toutes les générations futures de la famille.
Dans l’étude publiée en 2017, les chercheurs de l’OHSU ont ciblé un gène connu pour provoquer une maladie cardiaque mortelle.
Dans cette nouvelle publication, les chercheurs ont ciblé d’autres mutations discrètes en utilisant du sperme et des ovules donnés, y compris une mutation connue pour provoquer une cardiomyopathie hypertrophique, une condition dans laquelle le muscle cardiaque devient anormalement épais, et une autre associée à un taux de cholestérol élevé. Dans chaque cas, une enzyme connue sous le nom de Cas9, utilisée en tandem avec CRISPR, a induit une cassure double brin de l’ADN au site précis de la mutation.
Créer des problèmes
En plus de répliquer et de confirmer le mécanisme de réparation des gènes rapporté en 2017, la nouvelle étude examine ce qui se passe dans le génome au-delà du site spécifique où le gène mutant est réparé. Et c’est là qu’un problème peut survenir.
« Dans cet article, nous avons demandé, ‘quelle est l’ampleur de ce mécanisme de réparation de conversion génique?' », a déclaré Amato. « Il s’avère que cela peut être très long. »
La copie extensive du génome, d’un parent à l’autre, crée un scénario connu sous le nom de perte d’hétérozygotie.
Chaque être humain partage deux versions, ou allèles, de chaque gène du génome humain, une provenant de chaque parent. La plupart du temps, les allèles sont identiques, étant donné que 99,9 % de la séquence d’ADN d’un individu est partagée avec le reste de l’humanité. Dans certains cas, cependant, un parent sera porteur d’une mutation récessive causant la maladie qui est normalement annulée par la version saine dominante du même gène de l’autre parent.
Ces polymorphismes dans le code génétique peuvent être d’une importance critique. Par exemple, un gène peut coder une protéine qui protège contre des types spécifiques de cancer.
« Si vous avez une copie anormale d’une mutation récessive, cela peut ne poser aucun risque », a déclaré Amato. « Mais si vous avez une perte d’hétérozygotie conduisant à deux copies mutantes du même gène suppresseur de tumeur, vous courez maintenant un risque considérablement accru de cancer. »
Plus le code génétique est copié, plus le risque de modifications génétiques dangereuses est grand. Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont mesuré des voies de conversion génique allant d’un segment relativement petit jusqu’à 18 600 paires de bases d’ADN.
En effet, la réparation d’une mutation connue peut créer plus de problèmes qu’elle n’en résout.
« Si vous coupez au milieu d’un chromosome, il pourrait y avoir 2 000 gènes », a déclaré Mitalipov. « Vous réparez un petit point, mais tous ces milliers de gènes en amont et en aval peuvent être affectés. »
La découverte suggère que beaucoup plus de recherches sont nécessaires pour comprendre le mécanisme à l’œuvre dans l’édition de gènes avant de l’utiliser cliniquement pour établir une grossesse.
Plus d’information:
Shoukhrat Mitalipov, Limites des évaluations de l’édition de gènes dans les embryons préimplantatoires humains, Communication Nature (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-36820-6. www.nature.com/articles/s41467-023-36820-6