Une nouvelle enzyme permet aux technologies CRISPR de cibler avec précision presque tous les gènes humains

Une équipe d'ingénieurs de l'Université Duke a développé une méthode pour élargir la portée des technologies CRISPR. Alors que le système CRISPR original ne pouvait cibler que 12,5 % du génome humain, la nouvelle méthode étend l’accès à presque tous les gènes pour potentiellement cibler et traiter un plus large éventail de maladies grâce à l’ingénierie du génome.

La recherche a impliqué des collaborateurs de l’Université Harvard, du Massachusetts Institute of Technology, de la faculté de médecine de l’Université du Massachusetts, de l’Université de Zurich et de l’Université McMaster.

Ce travail a été publié le 5 décembre dans la revue Communications naturelles.

CRISPR-Cas est un système immunitaire bactérien qui permet aux bactéries d'utiliser des molécules d'ARN et des protéines associées à CRISPR (Cas) pour cibler et détruire l'ADN des virus envahisseurs. Depuis sa découverte, les chercheurs se sont précipités pour développer un arsenal de nouveaux systèmes CRISPR destinés à des applications en thérapie génique et en ingénierie du génome.

Pour apporter des modifications au génome, les protéines Cas utilisent à la fois une molécule d'ARN, qui guide l'enzyme vers une séquence d'ADN ciblée, et un motif adjacent protospaceur, ou PAM, qui est une courte séquence d'ADN qui suit immédiatement la séquence d'ADN ciblée et est nécessaire à la liaison de la protéine Cas.

Une fois qu'un ARN guide trouve sa séquence d'ADN complémentaire et que l'enzyme Cas se lie au PAM adjacent, l'enzyme agit comme des ciseaux pour couper l'ADN, déclenchant les modifications souhaitées dans le génome. Le système CRISPR-Cas le plus courant est le Cas9 de la bactérie Streptococcus pyogenes (SpCas9), qui nécessite une séquence PAM de deux bases guanine (GG) consécutives.

Dans des travaux antérieurs, Chatterjee et son équipe ont utilisé des outils bioinformatiques pour découvrir et concevoir de nouvelles protéines Cas9, notamment Sc++, qui ne nécessitent qu'une seule base de guanine PAM pour effectuer une coupure. Ce changement a permis aux chercheurs de modifier près de 50 % de toutes les séquences d’ADN.

Dans le même temps, les collaborateurs de Chatterjee à Harvard, dirigés par Benjamin Kleinstiver, professeur adjoint à la Harvard Medical School, ont conçu une variante distincte appelée SpRY. Bien que SpRY puisse se lier à n’importe laquelle des quatre bases d’ADN susceptibles de former le PAM, elle avait une affinité beaucoup plus forte pour l’adénine et la guanine.

Parce que les deux systèmes présentaient des inconvénients, le groupe a décidé de rassembler le meilleur des deux dans une nouvelle variante appelée SpRyc.

“CRISPR est un excellent outil pour modifier un ADN spécifique, mais nous sommes toujours limités quant aux gènes que nous pouvons modifier. L'outil CRISPR original ne pouvait modifier qu'environ 12,5 % de toutes les séquences d'ADN en fonction de l'emplacement de cet espaceur spécifique. Si cela se produit “Si vous aviez une mutation chez les 87,5% restants, vous n'auriez pas de chance. Avec ce nouvel outil, nous pouvons cibler près de 100% du génome avec beaucoup plus de précision”, a déclaré Chatterjee.

Même si SpRYc était plus lente que ses homologues à couper les séquences d’ADN cibles, elle était plus efficace que les deux enzymes traditionnelles pour éditer des sections spécifiques d’ADN. Malgré l'étendue de SpRYc, il était également plus précis que SpRY.

Après avoir établi les capacités d'édition de SpRYc, l'équipe a étudié les utilisations thérapeutiques potentielles de l'outil pour les maladies génétiques incurables avec le système CRISPR standard. Leur premier test portait sur le syndrome de Rett, un trouble neurologique progressif qui touche principalement les jeunes femmes et qui est causé par l'une des huit mutations d'un gène spécifique.

La seconde était la maladie de Huntington, une maladie neurologique héréditaire rare qui provoque la dégénérescence des neurones du cerveau. L’équipe a découvert que SpRYc était capable de modifier des mutations auparavant inaccessibles, offrant ainsi des opportunités thérapeutiques potentielles pour les deux maladies.

“Il y a beaucoup de potentiel avec SpRYc, qu'il s'agisse d'explorer comment le traduire en clinique ou de trouver des moyens de le rendre encore plus efficace”, a déclaré Chatterjee. “Nous sommes impatients d'explorer toutes les capacités de notre outil.”