Des chercheurs zurichois font évoluer la méthode Crispr/Cas

Génétique - Des chercheurs zurichois

font évoluer la méthode Crispr-Cas

dite des "ciseaux moléculaires"

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Les généticiens connaissent tous la technique CRISPR-Cas. Cette méthode biotechnologique offre un moyen relativement rapide et facile de manipuler des gènes uniques dans des cellules, ce qui signifie qu'ils peuvent être supprimés, remplacés ou modifiés avec précision. La première publication sur Crispr-Cas remonte à 2012[1]. Depuis, la méthode s'est imposée en recherche biologique fondamentale et dans d'autres domaines, comme la sélection des plantes pour l'agriculture.

 

De plus, ces dernières années, les chercheurs ont également utilisé des technologies basées sur CRISPR-Cas pour augmenter ou diminuer systématiquement l'activité de gènes individuels. Les méthodes correspondantes sont devenues la norme mondiale en très peu de temps, à la fois en recherche biologique fondamentale et dans des domaines appliqués tels que la sélection végétale.

 

Jusqu'à présent, la plupart des chercheurs ne pouvaient modifier qu'un seul gène à la fois en utilisant cette méthode. À l'occasion, ils ont réussi deux ou trois en une fois ; dans un cas particulier, ils ont pu éditer sept gènes simultanément. 

 

Des chercheurs de l’École Polytechnique Fédérale de Zurich ont augmenté les capacités de CRISPR. La technique de ciseaux moléculaires qui permet de modifier des gènes, a été optimisée pour permettre de modifier l’expression de plusieurs gènes en même temps, afin d’étudier des réseaux génétiques complexes. 

 

Aujourd’hui, le professeur Randall Platt et son équipe du département de science et d'ingénierie des biosystèmes de l'ETH Zurich à Bâle ont mis au point un processus qui — comme ils l'ont démontré expérimentalement — peut modifier 25 sites cibles au sein de gènes d'une cellule à la fois. Comme si cela ne suffisait pas, ce nombre peut encore être augmenté pour atteindre des dizaines voire des centaines de gènes, comme le souligne Randall Platt. En tout état de cause, cette méthode offre un potentiel énorme pour la recherche biomédicale et la biotechnologie. "Grâce à ce nouvel outil, nous, ainsi que d'autres scientifiques, pouvons réaliser ce que nous ne pouvions rêver que par le passé."

 

Les gènes, ces bouts d’ADN qui codent pour les protéines nécessaires au fonctionnement de nos cellules, ne travaillent pas seuls. Ils forment des réseaux collaboratifs, où plusieurs gènes s’activent en même temps et travaillent dans un même but. Donc, pour modifier la fonction d’un gène, il ne suffit pas d'en modifier un, il faut modifier tous les gènes de son réseau. C’est dans cette optique que des chercheurs zurichois (Suisse) ont augmenté les capacités de la technique CRISPR. Il est désormais possible de modifier simultanément des dizaines, voire des centaines de gènes dans une cellule.

 

Reprogrammation cellulaire ciblée à grande échelle

 

 Les gènes et les protéines dans les cellules interagissent de différentes manières. Les réseaux résultants comprenant des dizaines de gènes assurent la diversité cellulaire d'un organisme. Par exemple, ils sont responsables de la différenciation des cellules reproductrices, des cellules neuronales et des cellules immunitaires. Crispr/Cas permet de supprimer, remplacer ou modifier certains gènes de manière relativement simple et rapide dans les cellules.  Ainsi, depuis quelques années, les chercheurs peuvent aussi augmenter ou réduire l'activité de certains gènes, a indiqué aujourd’hui l'École polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ). « Notre méthode nous permet, pour la première fois, de modifier systématiquement des réseaux de gènes entiers en une seule étape », déclare le professeur Platt. 

 

De plus, il ouvre la voie à une programmation cellulaire complexe à grande échelle. Il peut être utilisé pour augmenter l'activité de certains gènes, tout en réduisant celle des autres. La synchronisation de ce changement d'activité peut également être contrôlée avec précision.

 

Cela présente un intérêt pour la recherche fondamentale, par exemple pour déterminer pourquoi différents types de cellules se comportent différemment ou pour étudier des troubles génétiques complexes. Il sera également utile pour la thérapie de remplacement cellulaire, qui consiste à remplacer les cellules endommagées par des cellules saines. Dans ce cas, les chercheurs peuvent utiliser la méthode pour convertir des cellules souches en cellules différenciées, telles que des cellules neuronales ou des cellules bêta produisant de l'insuline, ou inversement, pour produire des cellules souches à partir de cellules cutanées différenciées.

 

Jusqu'ici, les chercheurs ne pouvaient intervenir que sur un gène à la fois par cellule, dans de rares cas sur deux ou trois simultanément, voire sept, le record actuel en la matière. Or certains processus cellulaires et facteurs de risque de maladies impliquent des dizaines de gènes, et la communauté scientifique était à la recherche d'une "mise à niveau" des ciseaux génétiques. C'est ce que propose l'équipe de Randall Platt, du Département des biosystèmes de l'EPFZ à Bâle dans la revue Nature Methods. L'expérience décrit la modification d'une cellule à 25 endroits différents du génome. Selon le professeur Platt, ce nombre peut même être augmenté, à plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de gènes. "Grâce à ce nouvel outil, nous pouvons mettre en pratique ce dont nous ne pouvions auparavant que rêver", dit-il.

 

La double fonction de l'enzyme Cas

 

La méthode CRISPR-Cas nécessite une enzyme appelée Cas et une petite molécule d'ARN. Sa séquence de nucléobases sert « d’étiquette d'adresse », dirigeant l'enzyme avec une précision extrême vers son site d'action désigné sur les chromosomes. Les scientifiques de l'ETH ont créé un plasmide, ou une molécule d'ADN circulaire, qui stocke le schéma directeur de l'enzyme Cas et de nombreuses molécules d'adresse d'ARN, organisées en séquences : autrement dit, une liste d'adresses plus longue. Dans leurs expériences, les chercheurs ont inséré ce plasmide dans des cellules humaines, démontrant ainsi que plusieurs gènes peuvent être modifiés et régulés simultanément.

 

Pour cette nouvelle technique, les scientifiques n’ont pas utilisé l’enzyme Cas9 qui a fait l’objet de la plupart des méthodes CRISPR-Cas à ce jour, mais l’enzyme apparentée Cas12a. Non seulement il peut éditer des gènes, mais il peut également couper la longue « liste d'adresses d'ARN » en  « étiquettes d'adresse » individuelles en même temps. De plus, Cas12a peut gérer des molécules d’adresse d’ARN plus courtes que Cas9. « Plus ces séquences d'adressage sont courtes, plus nous pouvons en adapter de plasmides », explique le professeur Platt.

 

Référence de l’article :

 

 Carlo C. Campa, Niels R. Weisbach, António J. Santinha, Danny Incarnato, Randall J. Platt. Multiplexed genome engineering by Cas12a and CRISPR arrays encoded on single transcripts.

Nature Methods, 2019; DOI: 10.1038 / s41592-019-0508-6 

 

[1]Consulter les différents articles consacrés dans ce blog sur cette technique en tapant "CRISPR" dans la fenêtre "RECHERCHER" en haut à droite sur la page d'accueil.