Des chercheurs de l'Université de l'Illinois ont atteint les taux les plus élevés signalés d'insertion de gènes dans des cellules humaines avec le système d'édition de gènes CRISPR-Cas9, une étape nécessaire pour exploiter CRISPR pour des applications cliniques de thérapie génique.

En ajustant chimiquement les extrémités de l'ADN à insérer, la nouvelle technique est jusqu'à cinq fois plus efficace que les approches actuelles. Les chercheurs ont constaté des améliorations à divers emplacements génétiques testés dans une lignée de cellules rénales humaines, même voir 65% d'insertion sur un site où le précédent record avait été de 15%.

Dirigé par le professeur de génie chimique et biomoléculaire Huimin Zhao, les chercheurs ont publié leurs travaux dans la revue Nature Chimie Biologie .

Les chercheurs ont découvert que CRISPR était un outil efficace pour désactiver, ou "assommer, " un gène. Cependant, dans les cellules humaines, cela n'a pas été un moyen très efficace d'insérer ou d'« enfoncer » un gène.

"Une bonne méthode knock-in est importante à la fois pour les applications de thérapie génique et pour la recherche biologique fondamentale pour étudier la fonction des gènes, " dit Zhao, qui dirige le thème de la conception des biosystèmes au Carl R. Woese Institute for Genomic Biology de l'Illinois. "Avec une méthode knock-in, nous pouvons ajouter une étiquette à n'importe quel gène, étudiez sa fonction et voyez comment l'expression des gènes est affectée par le cancer ou les changements dans la structure des chromosomes. Ou pour des applications de thérapie génique, si quelqu'un a une maladie causée par un gène manquant, nous voulons pouvoir l'insérer."

À la recherche d'un moyen d'augmenter l'efficacité, Le groupe de Zhao a examiné 13 façons différentes de modifier l'ADN inséré. Ils ont découvert que de petits changements à la toute fin de l'ADN augmentaient à la fois la vitesse et l'efficacité de l'insertion.

Puis, les chercheurs ont testé l'insertion de fragments d'ADN modifiés aux extrémités de différentes tailles à plusieurs points du génome, en utilisant CRISPR-Cas9 pour cibler avec précision des sites spécifiques pour l'insertion. Ils ont constaté que l'efficacité s'est améliorée de deux à cinq fois, même lors de l'insertion de fragments d'ADN plus gros, l'insertion la plus difficile à réaliser.

"Nous supposons que l'efficacité s'est tellement améliorée parce que la modification chimique à la fin stabilise l'ADN que nous insérons, " dit Zhao. " Normalement, lorsque vous essayez de transférer de l'ADN dans la cellule, il est dégradé par des enzymes qui le rongent par les extrémités. Nous pensons que notre ajout chimique protège les extrémités. Plus d'ADN pénètre dans le noyau, et que l'ADN est plus stable, c'est pourquoi je pense qu'il a plus de chances d'être intégré dans le chromosome."

Le groupe de Zhao utilise déjà la méthode pour marquer les gènes essentiels dans les études de la fonction des gènes. Ils ont délibérément utilisé des produits chimiques du commerce pour modifier les fragments d'ADN afin que d'autres équipes de recherche puissent utiliser la même méthode pour leurs propres études génétiques.

"Nous avons développé pas mal de méthodes knock-in dans le passé, mais nous n'avons jamais pensé à utiliser des produits chimiques pour augmenter la stabilité de l'ADN que nous voulons insérer, " dit Zhao. " C'est une stratégie simple, mais ça marche."