Une approche relativement nouvelle appelée « édition principale » permet l'édition génétique avec une précision exceptionnelle et une grande polyvalence, mais présente un compromis critique :une efficacité variable et souvent faible de l'installation de l'édition. En d'autres termes, même si les modifications principales peuvent être effectuées avec une grande précision et avec peu de sous-produits indésirables, l'approche ne parvient souvent pas non plus à effectuer ces modifications à des fréquences raisonnables.

Dans un article paru sous forme imprimée dans la revue Nature le 18 avril 2024, les scientifiques de Princeton Jun Yan et Britt Adamson, ainsi que plusieurs collègues, décrivent un éditeur principal plus efficace.

Les systèmes d’édition principaux se composent au minimum de deux composants :une version modifiée de l’élément protéique de CRISPR/Cas9 et une molécule d’acide ribonucléique (ARN) appelée pegRNA. Ces composants fonctionnent ensemble en plusieurs étapes coordonnées :Premièrement, le pegRNA se lie à la protéine et guide le complexe résultant vers un emplacement souhaité dans le génome.

Là, la protéine coupe l'ADN et, à l'aide d'une séquence modèle codée sur le pegRNA, « transcrit de manière inverse » une modification dans le génome voisin. De cette façon, les principaux éditeurs « écrivent » des séquences exactes dans l'ADN ciblé.

"L'édition Prime est un outil d'édition du génome incroyablement puissant car il nous donne plus de contrôle sur la manière exacte dont les séquences génomiques sont modifiées", a déclaré Adamson.

Au début de leur étude, Adamson et Yan, un étudiant diplômé du groupe de recherche d'Adamson et du Département de biologie moléculaire, ont estimé que des processus cellulaires inconnus pouvaient faciliter ou entraver l'édition principale. Pour identifier de tels processus, Yan a présenté un plan conceptuel simple :premièrement, il concevrait une lignée cellulaire qui émettrait une fluorescence verte lorsque certaines modifications principales seraient installées. Ensuite, il bloquerait systématiquement l'expression des protéines normalement exprimées dans ces cellules et mesurerait la fluorescence induite par l'édition pour déterminer laquelle de ces protéines a un impact sur l'édition principale.

En exécutant ce plan, l'équipe a identifié 36 déterminants cellulaires de l'édition principale, dont un seul, la petite protéine de liaison à l'ARN La, a favorisé l'édition.

"Bien que favoriser l'édition principale ne soit évidemment pas une fonction normale de la protéine La, nos expériences ont montré qu'elle peut grandement faciliter le processus", a déclaré Yan.

Dans les cellules, La est connu pour lier des séquences spécifiques souvent trouvées aux extrémités de petites molécules d’ARN naissantes et protéger ces ARN de la dégradation. L'équipe de Princeton a immédiatement reconnu que les pegRNA déployés dans les premières expériences de Yan contenaient probablement ces séquences exactes, appelées voies polyuridine, car elles constituent un sous-produit typique mais souvent négligé de l'expression des pegRNA dans les cellules. Des expériences ultérieures ont suggéré que de tels pegRNA exploitent par inadvertance l'activité de liaison terminale de La à des fins de protection et pour promouvoir l'édition principale.

Motivée par leurs résultats, l'équipe a demandé si la fusion de la partie de La qui lie les séquences de polyuridine à une protéine d'édition principale standard pourrait augmenter l'efficacité de l'édition principale. Ils ont été ravis de constater que la protéine résultante, qu'ils appellent PE7, améliorait considérablement les efficacités d'édition principale prévues dans toutes les conditions et, lors de l'utilisation de certains systèmes d'édition principale, laissait les fréquences des sous-produits indésirables très basses.

Leurs résultats ont rapidement attiré l'attention de collègues intéressés par l'utilisation de l'édition principale dans des cellules humaines primaires, notamment Daniel Bauer du Boston Children's Hospital et de la Harvard Medical School et Alexander Marson de l'Université de Californie à San Francisco. En collaboration avec les scientifiques de ces laboratoires, l'équipe de chercheurs a ensuite démontré que PE7 pouvait également améliorer l'efficacité de l'édition dans les types de cellules thérapeutiquement pertinents, offrant ainsi une promesse accrue pour de futures applications cliniques.

"Ce travail est un bel exemple de la manière dont l'étude approfondie du fonctionnement interne des cellules peut conduire à des découvertes inattendues susceptibles d'avoir un impact biomédical à court terme", a noté Bauer.