Réussite de la modification de l’ARN par CRISPR

Les chercheurs rapportent la mise au point d’un système appelé REPAIR qui se base sur CRISPR. Cette méthode permet de modifier l’ARN avec un potentiel thérapeutique considérable tout en ayant moins de risques que la modification du génome avec les outils précédents de CRISPR.


Les chercheurs rapportent la mise au point d'un système appelé REPAIR qui se base sur CRISPR. Cette méthode permet de modifier l'ARN avec un potentiel thérapeutique considérable tout en ayant moins de risques que la modification du génome avec les outils précédents de CRISPR.


Les scientifiques du Broad Institute et du MIT, qui avaient utilisé l’outil CRISPR pour l’édition du génome des mammifères, viennent de mettre au point un nouveau système moléculaire pour modifier efficacement l’ARN dans les cellules humaines. La modification de l’ARN, qui peut altérer les produits géniques sans modifier le génome, possède un fort potentiel en tant qu’outil de recherche et de traitement de la maladie.

Le REPAIR (RNA Editing for Programmable A to I Replacement)

Dans un papier publié dans Science, l’auteur principal Feng Zhang et son équipe décrivent le nouveau système basé sur CRISPR qui est appelé REPAIR (RNA Editing for Programmable A to I Replacement).1 Le système peut changer des nucléosides d’ARN uniques dans des cellules de mammifères d’une manière programmable et précise. REPAIR a la capacité d’inverser les mutations pathogènes au niveau de l’ARN ainsi que d’autres applications thérapeutiques et de science fondamentale.

La capacité de corriger les mutations provoquant des maladies est l’un des principaux objectifs de l’édition du génome selon Zhang, un membre du Broad Institute et chercheur à l’Institut McGovern pour la recherche sur le cerveau au MIT. Jusqu’à présent, nous avons très bien réussi à désactiver les gènes, mais la récupération de la fonction des protéines perdues est beaucoup plus difficile. Cette nouvelle capacité à modifier l’ARN ouvre plus de possibilités pour récupérer cette fonction et de traité de nombreuses maladies dans quasiment n’importe quelle cellule.

REPAIR a la capacité de cibler des lettres d’ARN individuelles, des nucléosides, en passant des adénosines à des inosines (lues sous forme de guanosines par la cellule). Ces lettres sont impliquées dans des changements de base unique connus pour provoquer régulièrement des maladies chez les humains. Dans la maladie humaine, une mutation de G à A est extrêmement commune. Ainsi, ces altérations ont été impliquées dans des cas d’épilepsie focale, de myopathie de Duchenne et de la maladie de Parkinson. REPAIR a la capacité d’inverser l’impact de n’importe quelle mutation G-vers-A pathogène indépendamment de sa séquence nucléotidique environnante avec le potentiel d’opérer dans n’importe quel type de cellule.

La modification de l’ARN est plus sûre et plus flexible

Contrairement aux modifications permanentes du génome nécessaires à l’édition de l’ADN par CRISPR, l’édition de l’ARN offre un moyen plus sûr et plus flexible de faire des corrections dans la cellule. REPAIR peut réparer les mutations sans altérer le génome et étant donné que l’ARN se dégrade naturellement, c’est une solution potentiellement réversible selon le co-premier auteur David Cox, un étudiant diplômé dans le laboratoire de Zhang.

Les protéines Cas13 pour couper l’ARN

Pour créer REPAIR, les chercheurs ont systématiquement profilé la famille d’enzymes CRISPR-Cas13 pour des candidats potentiels pour la modification (contrairement à Cas9, les protéines Cas13 ciblent et coupent l’ARN). Ils ont sélectionné une enzyme de la bactérie Prevotella, appelée PspCas13b, qui était la plus efficace pour désactiver l’ARN. L’équipe a conçu une variante désactivée de PspCas13b qui se lie toujours à des segments spécifiques d’ARN, mais qui ne “coupe” pas. Les chercheurs l’ont donc fusionnée à une protéine appelée ADAR2 qui transforme le nucléoside adénosine en inosine dans les transcrits d’ARN.

Dans REPAIR, l’enzyme Cas13b désactivée cherche une séquence cible d’ARN et l’élément ADAR2 effectue la conversion des nucléosides sans couper la transcription et elle n’a pas besoin de la machinerie native de la cellule. L’équipe a également modifié le système d’édition pour améliorer sa spécificité en réduisant les modifications détectables hors cible passant de 18 385 à seulement 20 possibilités dans tout le transcriptome.

Des modifications de l’ARN avec une réduction des mutations hors cible

Un système de REPAIR amélioré, appelé REPAIRv2, a systématiquement atteint la modification souhaitée dans 20 à 40 % et jusqu’à 51 % d’un ARN ciblé sans signes d’activité hors cible significative. Le succès de l’ingénierie de ce système est encourageant et il existe des signes clairs pour améliorer l’activité de REPAIRv2 tout en conservant sa spécificité selon Omar Abudayyeh, co-premier auteur et étudiant diplômé dans le laboratoire de Zhang.

Pour démontrer le potentiel thérapeutique de REPAIR, l’équipe a synthétisé les mutations pathogènes responsables de l’anémie de Fanconi et du diabète insipide néphrogénique lié à X et elle les a introduites dans les cellules humaines en corrigeant avec succès ces mutations au niveau de l’ARN. Afin de pousser plus loin les perspectives thérapeutiques, l’équipe prévoit d’améliorer l’efficacité de REPAIRv2 et de l’intégrer dans un système de distribution approprié pour introduire REPAIRv2 dans des tissus spécifiques dans des modèles animaux.

Les chercheurs travaillent également sur des outils supplémentaires pour d’autres types de conversions de nucléosides. Il y a une immense diversité naturelle dans ces enzymes selon le co-premier auteur Jonathan Gootenberg, un étudiant diplômé à la fois dans le laboratoire de Zhang et le laboratoire du membre de l’institut Broad Broad Aviv Regev. Nous cherchons toujours à exploiter la puissance de la nature pour effectuer ces changements.

Zhang, avec le Broad Institute et le MIT, prévoit de partager largement le système REPAIR. Comme avec les outils CRISPR, les groupes mettront cette technologie à la disposition des chercheurs universitaires via la page du laboratoire de Zhang sur le site Addgene grâce à laquelle le laboratoire Zhang a déjà partagé plus de 42 000 réactifs avec des chercheurs de plus de 2 200 laboratoires dans 61 pays afin d’accélérer la recherche dans le monde entier.

Sources

1.
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About Jacqueline Charpentier

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Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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