Les scientifiques du Broad Institute et du MIT qui ont d'abord exploité CRISPR pour l'édition du génome des mammifères ont conçu un nouveau système moléculaire pour éditer efficacement l'ARN dans les cellules humaines. édition d'ARN, qui peut altérer les produits géniques sans apporter de modifications au génome, a un potentiel considérable en tant qu'outil à la fois pour la recherche et le traitement des maladies.

Dans un article publié aujourd'hui dans Science , l'auteur principal Feng Zhang et son équipe décrivent le nouveau système basé sur CRISPR, appelé RNA Editing for Programmable A to I Replacement, ou "RÉPARATION". Le système peut modifier des nucléosides d'ARN uniques dans des cellules de mammifères d'une manière programmable et précise. REPAIR a la capacité d'inverser les mutations causant la maladie au niveau de l'ARN, ainsi que d'autres applications thérapeutiques et scientifiques fondamentales potentielles.

"La capacité de corriger les mutations causant des maladies est l'un des principaux objectifs de l'édition du génome, " dit Zhang, membre de l'institut principal du Broad Institute et chercheur au McGovern Institute for Brain Research du MIT. "Jusque là, nous sommes devenus très bons pour inactiver les gènes, mais en fait, récupérer la fonction protéique perdue est beaucoup plus difficile. Cette nouvelle capacité à modifier l'ARN ouvre davantage d'opportunités potentielles pour récupérer cette fonction et traiter de nombreuses maladies, dans presque n'importe quel type de cellule."

REPAIR a la capacité de cibler des lettres d'ARN individuelles, ou nucléosides, passer des adénosines aux inosines (lues comme des guanosines par la cellule). Ces lettres sont impliquées dans des changements à base unique connus pour causer régulièrement des maladies chez l'homme. Dans la maladie humaine, une mutation de G en A est extrêmement fréquente; ces altérations ont été impliquées dans, par exemple, cas d'épilepsie focale, Dystrophie musculaire de Duchenne, et la maladie de Parkinson. REPAIR a la capacité d'inverser l'impact de toute mutation pathogène G-à-A quelle que soit sa séquence nucléotidique environnante, avec le potentiel de fonctionner dans n'importe quel type de cellule.

Contrairement aux modifications permanentes du génome requises pour l'édition de l'ADN, L'édition d'ARN offre une méthode plus sûre, manière plus flexible de faire des corrections dans la cellule. "REPAIR peut réparer les mutations sans altérer le génome, et parce que l'ARN se dégrade naturellement, c'est une solution potentiellement réversible, " a expliqué le co-premier auteur David Cox, un étudiant diplômé du laboratoire de Zhang.

Pour créer REPARATION, les chercheurs ont systématiquement dressé le profil de la famille d'enzymes CRISPR-Cas13 pour des candidats « éditeurs » potentiels (contrairement à Cas9, les protéines Cas13 ciblent et coupent l'ARN). Ils ont sélectionné une enzyme de la bactérie Prevotella, appelé PspCas13b, qui était le plus efficace pour inactiver l'ARN. L'équipe a conçu une variante désactivée de PspCas13b qui se lie toujours à des tronçons spécifiques d'ARN mais n'a pas son activité « de type ciseaux », et fusionné à une protéine appelée ADAR2, qui change l'adénosine nucléoside en inosine dans les transcrits d'ARN.

Dans la réparation, l'enzyme Cas13b désactivée recherche une séquence cible d'ARN, et l'élément ADAR2 effectue la conversion nucléosidique sans couper le transcrit ni s'appuyer sur l'une des machines natives de la cellule.

L'équipe a encore modifié le système d'édition pour améliorer sa spécificité, réduire les modifications détectables hors cible de 18, 385 à seulement 20 dans l'ensemble du transcriptome. L'incarnation améliorée, RÉPARATIONv2, atteint systématiquement la modification souhaitée dans 20 à 40 % (et jusqu'à 51 %) d'un ARN ciblé sans signe d'activité hors cible significative. « Le succès que nous avons eu dans l'ingénierie de ce système est encourageant, et il y a des signes clairs que REPAIRv2 peut être encore évolué pour une activité plus robuste tout en maintenant la spécificité, " dit Omar Abudayyeh, co-premier auteur et étudiant diplômé du laboratoire de Zhang.

Démontrer le potentiel thérapeutique de REPAIR, l'équipe a synthétisé les mutations pathogènes qui causent l'anémie de Fanconi et le diabète insipide néphrogénique lié à l'X, introduits dans des cellules humaines, et corrigé avec succès ces mutations au niveau de l'ARN. Pour pousser plus loin les perspectives thérapeutiques, l'équipe prévoit d'améliorer l'efficacité de REPAIRv2 et de l'intégrer dans un système d'administration approprié pour introduire REPAIRv2 dans des tissus spécifiques de modèles animaux.

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

Zhang, avec le Broad Institute et le MIT, prévoyez de partager largement le système REPAIR. Comme avec les outils CRISPR précédents, les groupes mettront cette technologie à disposition gratuitement pour la recherche universitaire via la page du laboratoire Zhang sur le site Web de partage de plasmides Addgene, grâce auquel le laboratoire de Zhang a déjà partagé plus de 42 réactifs, 000 fois avec des chercheurs à plus de 2, 200 laboratoires dans 61 pays, accélérer la recherche dans le monde.