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Les outils CRISPR ont révolutionné notre capacité à cibler les mutations génétiques liées aux maladies. La technologie CRISPR comprend une famille grandissante d’outils capables de manipuler les gènes et leur expression, notamment en ciblant l’ADN avec les enzymes Cas9 et Cas12 et en ciblant l’ARN avec l’enzyme Cas13.

Un nouvel outil d’édition appelé RESCUE

Cette collection propose différentes stratégies pour lutter contre les mutations. Le ciblage des mutations liées à la maladie dans l’ARN, qui a une durée de vie relativement courte, permettrait d’éviter des modifications permanentes du génome. En outre, il est difficile d’éditer certains types de cellules, tels que les neurones, en utilisant l’édition à médiation CRISPR/Cas9, et de nouvelles stratégies sont nécessaires pour traiter les maladies dévastatrices qui affectent le cerveau.
Le chercheur du McGovern Institute et le membre principal du Harbour Institute, Feng Zhang, et son équipe ont maintenant mis au point une stratégie de ce type, appelée RESCUE (RNA Editing for Specific C to U Exchange), décrite dans la revue Science.
Zhang et son équipe, dont les premiers coauteurs, Omar Abudayyeh et Jonathan Gootenberg (tous deux maintenant membres de McGovern Fellows), ont utilisé un Cas13 désactivé pour guider RESCUE vers des bases de cytosine ciblées sur des transcrits d’ARN, et ont utilisé une nouvelle enzyme évolutive et programmable pour la conversion de la cytosine indésirable dans l’uridine – ce qui induit une modification des instructions de l’ARN.

RESCUE s’appuie sur la technologie REPAIR

RESCUE s’appuie sur REPAIR, une technologie mise au point par l’équipe de Zhang pour transformer les bases de l’adénine en inosine en ARN.
RESCUE élargit considérablement le paysage que les outils CRISPR peuvent cibler pour inclure des positions modifiables dans les protéines, telles que les sites de phosphorylation. Ces sites agissent comme des interrupteurs marche/arrêt de l’activité des protéines et se retrouvent notamment dans les molécules de signalisation et les voies liées au cancer.
«Pour traiter la diversité des modifications génétiques responsables des maladies, nous devons choisir parmi un éventail de technologies précises. En développant cette nouvelle enzyme et en l’associant à la programmabilité et à la précision de CRISPR, nous avons pu combler un vide critique dans la boîte à outils », déclare Zhang, professeur de neuroscience James et Patricia Poitras au MIT.

Étendre la portée de l’édition d’ARN à de nouvelles cibles

La plate-forme REPAIR précédemment développée utilisait le CRISPR/Cas13 ciblant l’ARN pour diriger le domaine actif d’un éditeur d’ARN, ADAR2, vers des transcrits d’ARN spécifiques où elle pouvait convertir l’adénine de la base nucléotidique en inosine, ou les lettres A à I. Zhang et des collègues ont pris la fusion de REPAIR et l’a développé dans leur laboratoire jusqu’à ce qu’il puisse changer la cytosine à l’uridine, ou C à U.
RESCUE peut être guidé vers n’importe quel ARN selon le choix des chercheurs, puis effectuez une édition C-à-U via le composant évolué ADAR2 de la plate-forme. L’équipe a introduit cette nouvelle plate-forme dans des cellules humaines, en montrant qu’elles pouvaient cibler les ARN naturels dans la cellule ainsi que 24 mutations cliniquement pertinentes dans les ARN synthétiques. Ils ont ensuite optimisé RESCUE pour réduire les modifications hors cible, tout en perturbant le moins possible les modifications de la cible.

De nouvelles cibles en vue

Le ciblage étendu par RESCUE signifie que les sites régulant l’activité et la fonction de nombreuses protéines par le biais de modifications post-traductionnelles, telles que la phosphorylation, la glycosylation et la méthylation peuvent désormais être plus facilement ciblés pour l’édition.
L’un des principaux avantages de l’édition d’ARN est sa réversibilité, contrairement aux modifications apportées au niveau de l’ADN, qui sont permanentes. Ainsi, RESCUE pourrait être déployé de manière transitoire dans les situations où une modification peut être souhaitable temporairement, mais pas de manière permanente.
Pour le prouver, l’équipe a montré que dans les cellules humaines, RESCUE peut cibler des sites spécifiques de l’ARN codant pour la β-caténine, dont on sait qu’ils sont phosphorylés sur le produit protéique, ce qui entraîne une augmentation temporaire de l’activation de la β-caténine et de la croissance cellulaire.
Si un tel changement était apporté de manière permanente, il pourrait prédisposer les cellules à une croissance incontrôlée et au cancer, mais en utilisant RESCUE, une croissance cellulaire transitoire pourrait potentiellement stimuler la cicatrisation des plaies en réponse à des lésions.
Les chercheurs ont également ciblé une variante du gène pathogène, APOE4. L’allèle APOE4 a toujours été considéré comme un facteur de risque génétique pour le développement de la maladie d’Alzheimer. L’isoforme APOE4 diffère de l’APOE2, qui n’est pas un facteur de risque, par deux différences seulement (C dans APOE4 et U dans APOE2).
Zhang et ses collègues ont introduit l’ARN APOE4 associé au risque dans les cellules et ont montré que RESCUE pouvait convertir ses signatures C en séquences APOE2, convertissant ainsi un risque en une variante sans risque.

RESCUE sera librement disponible pour la recherche universitaire

Pour faciliter le travail supplémentaire qui poussera RESCUE en clinique et permettre aux chercheurs d’utiliser RESCUE comme outil pour mieux comprendre les mutations responsables des maladies, le laboratoire de Zhang prévoit de partager le système de RESCUE de manière générale, comme il l’a fait avec les outils CRISPR développés auparavant.
Cette technologie sera librement disponible pour la recherche universitaire par le dépôt de plasmide à but non lucratif Addgene. Des informations supplémentaires peuvent être trouvées sur la page Web du laboratoire de Zhang.
Source : McGovern Institute for Brain Research
Crédit photo : Pixabay