Des scientifiques du campus de Floride du Scripps Research Institute (TSRI) ont amélioré une technologie d'édition de gènes de pointe pour améliorer la capacité du système à cibler, couper et coller des gènes dans des cellules humaines et animales et élargir les façons dont le système d'édition CRISPR-Cpf1 peut être utilisé pour étudier et combattre les maladies humaines.

Professeur Michael Farzan, co-président du département d'immunologie et de microbiologie de l'IRST, et l'associé de recherche TSRI Guocai Zhong ont amélioré l'efficacité du système d'édition de gènes CRISPR-Cpf1 en incorporant des ARN guides avec une capacité de « multiplexage ».

Les ARN guides sont de courtes chaînes d'acides nucléiques qui conduisent les ciseaux moléculaires CRISPR vers leurs cibles génétiques prévues. La découverte du TSRI signifie que plusieurs cibles génétiques dans une cellule peuvent être touchées par chaque complexe CRISPR-Cpf1.

"Ce système simplifie et améliore considérablement l'efficacité de l'édition simultanée de plusieurs gènes, ou plusieurs sites d'un même gène, ", a déclaré Zhong. "Cela pourrait être très utile lorsque plusieurs gènes liés à une maladie ou plusieurs sites d'un gène lié à une maladie doivent être ciblés."

"Cette approche améliore l'édition de gènes pour un certain nombre d'applications, " Farzan a ajouté. "Le système rend certaines applications plus efficaces et d'autres applications possibles."

Cette étude a été publiée en tant qu'article avancé en ligne dans la revue Nature Chimie Biologie le 19 juin, 2017.

TSRI Advance rend CRISPR plus efficace

Abréviation de "Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat, " le système d'édition de gènes CRISPR exploite un ancien processus de défense immunitaire bactérienne. Certains microbes contrecarrent l'infection virale en séquestrant un morceau de matériel génétique étranger d'un virus dans son propre ADN, pour servir de modèle. La prochaine fois que la séquence virale est rencontrée par le microbe, il est immédiatement reconnu et découpé pour être éliminé à l'aide de deux types d'ARN. Des molécules appelées ARN guides fournissent la carte à l'envahisseur, et les protéines effectrices CRISPR agissent comme les ciseaux qui le séparent.

Au cours des cinq dernières années, le système d'édition de gènes CRISPR a révolutionné la microbiologie et renouvelé les espoirs que le génie génétique pourrait éventuellement devenir un traitement utile pour la maladie.

Mais le temps a révélé les limites de la technologie. Pour un, la thérapie génique nécessite actuellement l'utilisation d'une enveloppe virale pour servir d'ensemble d'administration pour le matériel génétique thérapeutique. La molécule CRISPR est tout simplement trop grande pour s'adapter à plusieurs ARN guides dans le système d'emballage viral le plus populaire et le plus utile.

La nouvelle étude de Farzan et de ses collègues aide à résoudre ce problème en permettant aux scientifiques de conditionner plusieurs ARN guides.

Cette avancée pourrait être importante si la thérapie génique devait traiter des maladies telles que l'hépatite B, dit Farzan. Après infection, L'ADN de l'hépatite B se trouve dans les cellules du foie, diriger lentement la production de nouveaux virus, conduisant finalement à des dommages au foie, cirrhose et même cancer. Le système CRISPR-Cpf1 amélioré, avec sa capacité de « multiplexer, ' pourrait digérer plus efficacement l'ADN viral, avant que le foie ne soit irrévocablement endommagé, il a dit.

"L'efficacité est importante. Si vous modifiez 25 cellules dans le foie, cela n'a pas de sens. Mais si vous modifiez la moitié des cellules du foie, c'est puissant, " a dit Farzan. " Il y a d'autres bons cas - disons la dystrophie musculaire - où si vous pouvez réparer le gène dans suffisamment de cellules musculaires, vous pouvez restaurer la fonction musculaire."

Deux types de ces ciseaux moléculaires sont maintenant largement utilisés à des fins d'édition de gènes :Cas9 et Cpf1. Farzan a déclaré qu'il s'était concentré sur le Cpf1 car il est plus précis dans les cellules de mammifères. La molécule Cpf1 qu'ils ont étudiée provenait de deux types de bactéries, Bactérie Lachnospiraceae et Acidaminococus sp., dont l'activité a déjà été étudiée chez E. coli. Une propriété clé de ces molécules est qu'elles sont capables d'extraire leurs ARN guides d'une longue chaîne de tels ARN; mais il n'était pas clair que cela fonctionnerait avec l'ARN produit à partir de cellules de mammifères. Guocai a testé cette idée en éditant un gène de bioluminescence de luciole dans le chromosome de la cellule. Le système CRISPR-Cpf1 modifié a fonctionné comme prévu.

"Cela signifie que nous pouvons utiliser des systèmes d'administration plus simples pour diriger la protéine effectrice CRISPR plus les ARN guides, " Farzan a déclaré. "Cela va rendre le processus CRISPR plus efficace pour une variété d'applications."

Avoir hâte de, Farzan a déclaré que la protéine Cpf1 doit être mieux comprise afin que son utilité dans la fourniture de vecteurs de thérapie génique puisse être étendue davantage.