CRISPR-Gold pour traiter des maladies génétiques comme la myopathie de Duchenne
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Les chercheurs proposent une nouvelle technique CRISPR appelée CRISPR-Gold dont la particularité est de ne pas utiliser de virus pour délivrer les composants CRISPR nécessaires. Les tests ont montré une amélioration significative de la myopathie de Duchenne chez la souris. La myopathie de Duchenne est une dégénérescence musculaire et CRISPR-GOLD est prometteur pour traiter de nombreuses maladies génétiques.
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Les scientifiques de l’Université de Californie ont conçu une nouvelle façon d’utiliser la technologie CRISPR-Cas9 à l’intérieur des cellules et ils ont démontré chez les souris que la technologie peut réparer la mutation qui cause la Myopathie de Duchenne, une maladie grave de dégénérescence musculaire. Une nouvelle étude montre qu’une injection unique de CRISPR-Gold, qui est le nom de cette nouvelle technique, chez des souris atteintes de la Myopathie de Duchenne, a entraîné un taux de correction 18 fois plus élevé et une augmentation de 2 fois de la résistance et de l’agilité.
Depuis 2012, lorsque la co-auteur de l’étude, Jennifer Doudna, professeur de biologie moléculaire, cellulaire et de chimie à UC Berkeley et sa collègue Emmanuelle Charpentier de l’Institut Max Planck, ont utilisé la protéine Cas9 pour créer un système extrêmement simple de modification génétique, les chercheurs ont espéré que les thérapies basées sur CRISPR-Cas9 révolutionneraient le traitement des maladies génétiques. Mais le développement de traitements pour les maladies génétiques demeure un grand défi en médecine. L’une des raisons est la plupart des maladies génétiques ne peuvent être guéries que si la mutation du gène pathogène est corrigée pour qu’elle redevienne une séquence normale ce qui est impossible avec les thérapies conventionnelles.
Mais CRISPR-Cas9 peut corriger les mutations génétiques en coupant l’ADN muté et en déclenchant une réparation de l’ADN. Cependant, on doit développer des stratégies pour fournir les composants nécessaires en toute sécurité (Cas9, l’ARN guide qui dirige Cas9 vers un gène spécifique et l’ADN du donneur) dans les cellules avant que le potentiel de la thérapie à base de CRISPR-Cas9 puisse être réalisé. Une technique fréquente pour délivrer CRISPR-Cas9 dans les cellules se base sur des virus, mais cette technique comporte un certain nombre de complications. La nouvelle technique CRISPR-Gold n’a pas besoin de virus.
Dans la nouvelle étude, la recherche menée par Niren Murthy et Irina Conboy des laboratoires de bioingénierie de Berkeley, a démontré que leur nouvelle approche, appelée CRISPR-Gold, car les nanoparticules d’or sont un élément essentiel, peut fournir Cas9 qui est la protéine qui se lie et coupe l’ADN, à travers l’ARN guide et l’ADN du donneur, dans les cellules d’un organisme vivant pour réparer une mutation du gène.
La technique CRISPR-Gold est le premier exemple d’un véhicule qui peut délivrer tous les composants CRISPR nécessaires pour corriger les mutations génétiques sans utiliser de virus selon Murthy. L’étude a été publiée dans la revue Nature Biomedical Engineering.1 CRISPR-Gold répare les mutations d’ADN par un processus appelé réparation homologique. Les scientifiques tentent de développer la réparation basée par homologie, car elles impliquent une activité au même endroit et en même temps que la protéine Cas9, un guide d’ARN qui reconnaît la mutation et l’ADN du donneur pour corriger la mutation.
CRISPR-Gold est composé de nanoparticles d’or de 15 nanomètres qui sont combiné dans de l’ADN Thiol. Ensuite, on les hybride avec un seul brin d’ADN donneur, modifiés avec Cas9 et encapsulé par un polymère qui perturbe l’endosome de la cellule – Crédit : Murthy/Conboy/Nature Biomedical Engineering
Pour surmonter ces défis, les scientifiques de Berkeley ont inventé un véhicule qui lie tous ces composants ensemble, puis les libère quand le véhicule se trouve dans une grande variété de types de cellules en déclenchant une réparation dirigée par homologie. Les nanoparticules d’or de CRISPR-Gold recouvrent l’ADN du donneur et s’associent également à Cas9. Quand elles sont injectées chez la souris, leurs cellules reconnaissent un marqueur dans CRISPR-Gold, puis elles importent le véhicule. Ensuite, grâce à une série de mécanismes cellulaires, CRISPR-Gold est libéré dans le cytoplasme des cellules en se décomposant pour libérer rapidement Cas9 et l’ADN du donneur.
Une seule injection de CRISPR-Gold dans le tissu musculaire de la souris qui caractérise la myopathie de Duchenne a restauré 5,4 % du gène qui provoque la maladie par rapport à une séquence normale. Ce taux de correction était environ 18 fois plus élevé que chez les souris traitées uniquement avec Cas9 et l’ADN du donneur avec un taux de correction de 0,3 %.
Il est important de noter que CRISPR-Gold a rétabli fidèlement la séquence normale de la dystrophie ce qui représente une amélioration significative par rapport aux approches précédentes qui ne supprimaient que la partie défectueuse du gène en la rendant plus courte. Le résultat de ce raccourcissement est que la maladie devenait moins grave.
CRISPR-Gold a également été en mesure de réduire la fibrose tissulaire qui est la caractéristique des maladies où les muscles ne fonctionnent pas correctement et on a observé une force et une agilité accrues chez les souris atteintes de la myopathie de Duchenne. Les souris traitées par CRISPR-Gold ont montré une augmentation double du temps de suspension dans un test pour la résistance et l’agilité de la souris par rapport aux souris de contrôle.
La méthode d’action de CRISPR-Gold – Crédit : Murthy/Conboy/Nature Biomedical Engineering
Ces expériences suggèrent qu’il sera possible de développer des agents thérapeutiques CRISPR non-viraux qui peuvent corriger en toute sécurité les mutations génétiques par le biais du processus de réparation dirigée par homologie en développant simplement des nanoparticules qui peuvent simultanément encapsuler tous les composants CRISPR selon Murthy.
L’étude a révélé que l’approche de CRISPR-Gold pour la délivrance de protéines Cas9 est plus sûre que la délivrance virale de CRISPR qui, en plus de la toxicité, amplifie les effets secondaires de Cas9 par l’expression continue de cette enzyme de coupe d’ADN. Quand l’équipe de recherche a testé la capacité d’édition de gènes de CRISPR-Gold chez la souris, elle a constaté que CRISPR-Gold corrigeait efficacement la mutation de l’ADN qui provoque la myopathie de Duchenne avec des dégâts d’ADN collatéraux minimes.
Les chercheurs ont quantifié les dégâts d’ADN hors cible de CRISPR-Gold et ils ont trouvé des niveaux de dégâts semblables à ceux d’une erreur typique de séquençage d’ADN dans une cellule qui n’était pas exposée au CRISPR (0,005 à 0,2 %). Pour tester l’immunogénicité possible, les profils de cytokines du sang des souris ont été analysés 24 heures et 2 semaines après l’injection de CRISPR-Gold. CRISPR-Gold n’a pas provoqué de régulation aiguë des cytokines inflammatoires dans le plasma après plusieurs injections ce qui suggère que CRISPR-Gold peut être utilisé plusieurs fois en toute sécurité et qu’il possède une fenêtre thérapeutique élevée pour la modification des gènes dans les tissus musculaires.
CRISPR-Gold et les nanoparticules CRISPR ouvrent une nouvelle voie pour une livraison plus sûre et plus précise des outils de modification de gènes selon Conboy. En fin de compte, ces techniques pourraient devenir un nouveau médicament pour la myopathie de Duchenne et un certain nombre d’autres maladies génétiques.
Un essai clinique sera nécessaire pour déterminer si CRISPR-Gold est un traitement efficace pour les maladies génétiques chez l’homme. Les co-auteurs d’étude Kunwoo Lee et Hyo Min Park ont crée une Startup, GenEdit, axée sur le portage de la technologie CRISPR-Gold chez les humains. Les laboratoires de Murthy et Conboy travaillent également sur la prochaine génération de particules qui peuvent délivrer CRISPR dans les tissus de la circulation sanguine et qui cibleraient préférentiellement les cellules souches adultes qui sont considérées comme les meilleures cibles pour la correction des gènes, car les cellules souches et progénitrices sont capables de la modification, de l’auto-renouvellement et de la différenciation des gènes.
Les maladies génétiques provoquent des niveaux dévastateurs de mortalité et de morbidité et de nouvelles stratégies pour les traiter sont nécessaires selon Murthy. CRISPR-Gold a réussi à corriger les mutations génétiques provoquant des maladies in vivo, via l’administration non virale de la protéine Cas9, l’ADN-guide et l’ADN du donneur et elle a donc le potentiel de devenir une thérapie pour le traitement des maladies génétiques.
