Des enzymes modifiées à base de CRISPR améliorent la perspective d’insérer des gènes entiers dans le génome pour surmonter diverses mutations pathogènes

Des chercheurs du Massachusetts General Hospital (MGH) ont récemment mis au point une méthode optimisée qui améliore la précision de l’insertion de grands segments d’ADN dans un génome.

Cette approche pourrait être utilisée pour insérer un gène de remplacement entier normal ou “de type sauvage”, qui pourrait agir comme une thérapie globale pour une maladie indépendamment de la mutation particulière d’un patient.

Le travail implique l’optimisation d’une nouvelle classe de technologies appelées transposases associées à CRISPR (CAST), qui sont des outils prometteurs pour les grandes insertions d’ADN qui peuvent être facilement ciblées vers un site génomique souhaité via un ARN guide reprogrammable.

Cependant, dans leur état naturel, les CAST ont des propriétés indésirables pour les applications d’édition du génome, à savoir une pureté sous-optimale du produit (la fréquence à laquelle seule la séquence d’ADN prévue est insérée dans le génome) et un taux relativement élevé d’intégration non ciblée non désirée sur des sites non intentionnels. dans le génome.

Dans leurs recherches publiées dans Biotechnologie naturelleune équipe dirigée par le premier auteur Connor Tou, étudiant diplômé au MIT et au MGH, et l’auteur principal Ben Kleinstiver, PhD, chercheur adjoint au Center for Genomic Medicine du MGH et professeur adjoint à la Harvard Medical School, ont abordé ces lacunes en en utilisant des approches d’ingénierie des protéines pour modifier les propriétés des systèmes CAST.

Ils ont découvert que l’ajout d’une certaine enzyme appelée endonucléase d’homing de coupure aux CAST entraînait une augmentation spectaculaire de la pureté du produit vers l’insertion prévue.

Une optimisation supplémentaire de la structure des CAST a conduit à des insertions d’ADN avec une efficacité d’intégration élevée sur les cibles génomiques prévues avec des insertions considérablement réduites sur des sites hors cibles indésirables.

Les chercheurs ont appelé le nouveau système amélioré “HELIX”, qui est l’abréviation de Homing Endonucléase-assisted Large-sequence Integrating CAST-compleX.

“Nous avons démontré une approche généralisable qui peut être utilisée pour modifier une variété de systèmes CAST en versions plus sûres et plus efficaces qui ont une pureté de produit élevée et une spécificité à l’échelle du génome”, déclare Tou.

« En combinant nos connaissances, nous avons créé des systèmes HELIX avec une spécificité d’intégration sur cible supérieure à 96 % – augmentée d’environ 50 % pour le système CAST de type sauvage naturel. Nous avons également déterminé que HELIX conserve ses propriétés avantageuses dans les cellules humaines. “

Kleinstiver note que la technologie pourrait avoir des applications au-delà de la capacité de restaurer des gènes sains normaux chez des individus porteurs de mutations pathogènes.

“De plus, l’intégration programmable de l’ADN peut faciliter les efforts d’ingénierie cellulaire où l’installation de grandes séquences génétiques à des emplacements ciblés pourrait doter les cellules de nouvelles capacités tout en évitant les problèmes de sécurité, d’efficacité et de fabrication résultant des approches traditionnelles d’intégration aléatoire”, dit-il.

L’étude est également co-écrite par Benno Orr.

Ce travail a été soutenu par la National Science Foundation et MGH.