De plus en plus de scientifiques utilisent le nouvel outil puissant d'édition de gènes connu sous le nom de CRISPR/Cas9, une technologie isolée des bactéries, prometteur pour un nouveau traitement de maladies génétiques telles que la mucoviscidose, dystrophie musculaire et hémophilie. Mais pour bien travailler, le nouvel outil de coupure de gènes doit être délivré en toute sécurité à travers la membrane cellulaire et dans son noyau, un processus difficile qui peut déclencher les défenses de la cellule et « piéger » CRISPR/Cas9, réduisant considérablement son potentiel de traitement.

Maintenant, des chercheurs du laboratoire de l'expert en nanochimie Vincent Rotello à l'Université du Massachusetts à Amherst ont conçu un système d'administration utilisant des nanoparticules pour aider CRISPR/Cas9 à traverser la membrane et dans le noyau cellulaire tout en évitant le piégeage par la machinerie cellulaire. Les détails apparaissent dans un numéro récent de la revue ACS Nano .

Le chef d'expérience du laboratoire, Rubul Mout, dit, "CRISPR a deux composants :une protéine de type ciseaux appelée Cas9, et une molécule d'ARN appelée sgRNA qui guide Cas9 vers son gène cible. Une fois que la paire Cas9-sgRNA atteint le gène de destination dans le noyau, il peut interroger ses erreurs génétiques et les corriger avec l'aide de la machinerie de réparation de la cellule hôte."

Il souligne que depuis que le potentiel de CRISPR a été découvert pour la première fois en 2012, l'édition de gènes ou l'ingénierie du génome est rapidement devenue un sujet de recherche intense en biologie et en médecine. L'objectif est de traiter des maladies génétiques autrement incurables en manipulant des gènes malades. "Toutefois, pour y parvenir, les sociétés biotechnologiques et pharmaceutiques sont constamment à la recherche de méthodes de livraison CRISPR plus efficaces, " il ajoute.

Le nouveau mode de livraison Rotello, Mout et ses collègues ont conçu implique l'ingénierie de la protéine Cas9, nommé Cas9En, et des nanoparticules porteuses. Rotello dit, "En ajustant finement les interactions entre la protéine Cas9En modifiée et les nanoparticules, nous avons pu construire ces vecteurs de livraison. Les vecteurs porteurs de la protéine Cas9 et de l'ARNsg entrent en contact avec la membrane cellulaire, fusible, et libère le Cas9:sgRNA directement dans le cytoplasme cellulaire."

"La protéine Cas9 a également une séquence de guidage nucléaire qui introduit le complexe dans le noyau de destination. La clé est de modifier la protéine Cas9, " ajoute-t-il. "Nous avons introduit cette paire de protéine Cas9 et d'ARNsg dans le noyau de la cellule sans la piéger sur son chemin. Nous avons observé le processus de livraison en direct en temps réel à l'aide d'une microscopie sophistiquée."

Mout et ses collègues disent qu'ils peuvent désormais fournir la paire de protéines Cas9 et d'ARNsg dans environ 90 pour cent des cellules cultivées dans une boîte de culture avec une efficacité d'édition d'environ 30 pour cent. "L'administration cytosolique/nucléaire à 90 % est une énorme amélioration par rapport aux autres méthodes, » précise Mout.

Les chercheurs pensent que le Cas9En peut également servir de plate-forme pour la livraison d'une variété d'autres matériaux tels que les polymères, des nanoparticules lipidiques ou des peptides auto-assemblés. Rotello dit, « Maintenant que nous avons réalisé une édition efficace des gènes dans les cellules en culture, nous visons à éditer des gènes dans des modèles animaux précliniques. Nous nous intéressons également à l'édition de gènes pour les thérapies adoptives, lorsqu'une cellule malade est isolée d'un patient, corrigé par CRISPR en laboratoire, et remis au patient."

Outre l'édition de gènes, le nouveau mode de livraison peut avoir d'autres utilisations. Par exemple, un autre problème important en biologie et en médecine est le suivi de l'ADN et de l'ARN à l'intérieur des cellules. Récemment, CRISPR a été utilisé pour faciliter cette recherche. Moumita Ray, un autre chercheur du laboratoire Rotello, dit, "Notre méthode permet le suivi précis du mouvement de la protéine Cas9 à l'intérieur d'une cellule, ouvrant de nouvelles opportunités dans la recherche génomique."