Une technique d’édition de gènes basée sur CRISPR appelée Twin Prime Edition pourrait être une approche nouvelle et plus sûre de la thérapie génique.
Les chercheurs du Broad Institute of AVEC et Harvard ont développé une nouvelle version de l’édition principale qui peut installer ou remplacer la taille d’un gène ADN séquences. Développé pour la première fois en 2019, l’édition principale est une méthode précise pour effectuer une grande diversité d’éditions de gènes dans les cellules humaines, y compris de petites substitutions, insertions et délétions.
Dans une étude publiée le 9 décembre 2021 dans Biotechnologie naturelle, l’équipe décrit l’édition twin prime (twinPE), une technique qui effectue deux éditions prime adjacentes pour introduire de plus grandes séquences d’ADN à des emplacements spécifiques dans le génome avec peu de sous-produits indésirables. Avec un développement ultérieur, la technologie pourrait potentiellement être utilisée comme une nouvelle forme de thérapie génique pour insérer des gènes thérapeutiques de manière sûre et hautement ciblée pour remplacer les gènes mutés ou manquants.
Les chercheurs ont démontré le potentiel thérapeutique de twinPE en éditant, dans des cellules humaines, un gène lié au syndrome de Hunter, une maladie génétique rare. Cette maladie est causée par une inversion d’une longue séquence d’ADN spécifique de 40 000 paires de bases. L’équipe a utilisé twinPE pour introduire une inversion d’une longueur similaire au même site dans le génome, montrant comment la méthode pourrait être utilisée pour corriger la mutation causant la maladie. L’équipe a également utilisé le PE jumeau pour insérer avec précision une cargaison d’ADN de la taille d’un gène de milliers de paires de bases dans des sites thérapeutiquement pertinents du génome.
Crédit : Ricardo Job-Reese, Broad Communications
L’approche aborde une limitation du système d’édition principal d’origine, qui ne peut éditer que plusieurs dizaines de paires de bases. Cependant, l’étude ou le traitement de certaines maladies génétiques pourraient nécessiter des modifications plus importantes. Comme la méthode d’édition principale d’origine, twinPE ne coupe pas complètement la double hélice d’ADN en coupant les deux brins simultanément au même endroit, ce qui peut induire des résultats d’édition mal contrôlés et des anomalies chromosomiques nocives.
“L’insertion d’un gène sain chez un patient sur un site de notre choix sans générer de cassures double brin ni de mélanges de sous-produits est l’un des défis de longue date de l’édition de gènes”, a déclaré David Liu, auteur principal de l’étude, professeur Richard Merkin et directeur du Merkin Institute of Transformative Technologies in Healthcare au Broad Institute, professeur à l’Université Harvard et chercheur au Howard Hughes Medical Institute.
« TwinPE pourrait être un moyen potentiellement plus sûr et plus précis d’insérer des gènes entiers d’intérêt thérapeutique dans des positions que nous spécifions, telles que l’emplacement du gène natif chez des individus sains ou des sites « de sécurité » censés minimiser le risque d’effets secondaires. “
Montage en prime time
L’édition Prime, développée par le laboratoire de Liu, permet des substitutions, des insertions et des suppressions d’ADN, et promet de corriger la majorité des variations génétiques connues qui causent des maladies. Les améliorations récentes apportées à la technologie d’édition principale ont augmenté son efficacité, la rapprochant ainsi des applications thérapeutiques. Mais l’édition de séquences de plus de 100 paires de bases restait inefficace.
Le montage Twin Prime comble cette lacune. Le système utilise une protéine d’édition principale et deux ARN guides d’édition principaux, qui guident la machinerie d’édition et codent les modifications. Chacun des deux ARN guides dirige la protéine d’édition pour créer une coupure simple brin dans l’ADN à différents sites ciblés du génome, évitant le type de rupture double brin qui crée des sous-produits indésirables dans d’autres méthodes. Le système synthétise ensuite deux nouveaux brins d’ADN complémentaires contenant la séquence souhaitée entre les deux entailles. En utilisant cette approche, l’équipe a pu insérer, substituer ou supprimer des séquences jusqu’à environ 800 paires de bases de long.
Pour éditer des séquences encore plus grandes, les chercheurs ont utilisé leur système d’édition twin prime pour installer des « sites d’atterrissage » dans le génome pour des enzymes appelées recombinases spécifiques au site, qui catalysent l’intégration de l’ADN à des sites spécifiques du génome. L’équipe a ensuite traité les cellules avec une enzyme recombinase et a introduit les longs morceaux d’ADN qu’ils voulaient insérer dans le génome. La combinaison d’enzymes twinPE et recombinase a permis aux scientifiques d’éditer des séquences de milliers de paires de bases – la longueur de gènes entiers.
Liu et son équipe testent maintenant différentes recombinases qui pourraient rendre le twinPE plus efficace. Ils évaluent également la capacité de twinPE à installer des séquences génétiques encore plus longues.
“C’est une aspiration de longue date de nombreux laboratoires, y compris le nôtre, de pouvoir faire progresser la thérapie génique de la même manière que les scientifiques ont fait progresser l’édition de gènes au cours des dernières années”, a déclaré Liu. “Cette étude, ainsi que d’autres efforts d’autres scientifiques, pourraient marquer le début d’une nouvelle génération de stratégies de thérapie génique, tout comme les nucléases CRISPR, les éditeurs de base et les principaux éditeurs représentaient les débuts d’une nouvelle génération de technologies d’édition de gènes.”
Référence : « Délétion, remplacement, intégration et inversion programmables de grandes séquences d’ADN avec édition de deux premiers primitifs » par Andrew V. Anzalone, Xin D. Gao, Christopher J. Podracky, Andrew T. Nelson, Luke W. Koblan, Aditya Raguram, Jonathan M. Levy, Jaron AM Mercer et David R. Liu, 9 décembre 2021, Biotechnologie naturelle.
DOI : 10.1038/s41587-021-01133-w
Ce travail a été soutenu par le Merkin Institute of Transformative Technologies in Healthcare, les National Institutes of Health et le Howard Hughes Medical Institute.
