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CRISPR/Cas9

Distingué par un prix Nobel en 2020, le système CRISPR/Cas9 est un outil de modification du génome. Plus facile et plus rapide à utiliser que les techniques antérieures, c'est une approche prometteuse pour la thérapie génique.

Une approche d'édition du génome simple, rapide et efficace

Les termes de « genome editing » (ou édition du génome en français) désignent un ensemble de techniques utilisées pour modifier les séquences d’ADN qui constituent le génome. Jusque récemment, on utilisait les nucléases à doigt de zinc, les méganucléases ou encore les TALENs (nucléases effectrices de type activateur de transcription).

Le système CRISPR/Cas9 est un nouveau système simple, rapide et efficace pour couper l’ADN à un endroit précis du génome, dans n’importe quelle cellule. Il est constitué d’un « ARN guide », qui cible une séquence d’ADN particulière, associé à l’enzyme Cas9, qui, comme des ciseaux moléculaires, coupe l’ADN.

Une fois la séquence d’ADN coupée, les systèmes de réparation de la cellule vont recoller les extrémités des deux morceaux d'ADN créés par la coupure.
Il y a alors 2 possibilités :

  •  en l’absence de séquence de jonction modèle, le processus de réparation rajoute ou enlève quelques nucléotides à chacune des extrémités d'ADN afin de pouvoir les recoller ; cela provoque des « anomalies » dans la séquence d’ADN ciblée : le gène devient alors aléatoirement inactif ou réparé ;
  • en présence d’une séquence d'ADN synthétique sans anomalie génétique apportée par les chercheurs dans la cellule, le processus de réparation l’intègre au niveau de la coupure : le gène est alors réparé ou corrigé.

 Vidéo explicative de l'INSERM sur le fonctionnement du système CRISPR/Cas9

Simple à mettre en œuvre, cette technique peut être facilement utilisée par les chercheurs pour mieux comprendre le rôle des gènes, corriger un ADN défectueux, mettre au point de nouveaux modèles animaux, mettre en place de nouvelles stratégies thérapeutiques…

Un système de défense contre les virus

Le système CRISPR/Cas9 a été découvert chez les bactéries. Un grand nombre d’entre elles possèdent dans leur génome de courtes séquences d’ADN répétées régulièrement le long de leur génome, appelées CRISPR (pour Clustered Regularly Interspaced Short Palindoromic Repeats). Elles permettent aux bactéries de conserver la mémoire d’une infection par un virus pour mieux s’en défendre les fois suivantes.
À la suite d’une infection par un virus, des séquences d’ADN du virus sont intégrées au sein de ces séquences CRISPR. Lors d’une nouvelle infection par ce virus, l’ADN viral au sein des CRISPR est recopié en ARN et est associé à la protéine Cas9 (pour CRISPR associated). Cet ARN associé à Cas9 se fixe sur l’ADN du virus et Cas9 inactive l’ADN viral en le coupant. Le virus est ainsi éliminé.

C’est en 2012 que les deux chercheuses Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna ont réussi à détourner ce système biologique pour en faire de véritables ciseaux moléculaires capables de cibler des endroits précis du génome de n’importe quelle cellule.

 

Une révolution technique

Cette technique est maintenant utilisée dans des milliers de laboratoires de recherche du monde entier. La simplicité de sa mise en œuvre a permis une diffusion très rapide de son utilisation au sein de la communauté scientifique.

En effet, il suffit d’une protéine Cas9 pour couper l’ADN et d’un ARN guide spécifique de la séquence ciblée. L’ARN guide, qui doit être adapté à chaque fois, est très facile à fabriquer, ce d’autant que des logiciels (libres d’accès) ont été mis au point pour déterminer les meilleures séquences à utiliser selon le gène ou la séquence ciblés.

En octobre 2020, les deux chercheuses Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna se sont vues décerner le prix Nobel de Chimie pour la mise au point de ces « ciseaux moléculaires ».

Des premières applications dans les maladies neuromusculaires

Plusieurs études menées en laboratoire avec le système CRISPR/Cas9 ont été publiées dans les maladies neuromusculaires, à l'exemple des dystrophies musculaires congénitales, des myopathies des ceintures, de la myopathie facio-scapulo-humérale, et par des des chercheurs de Généthon dans la myopathie de Duchenne et dans la maladie de Steinert.

Beaucoup de travail reste cependant encore nécessaire pour s’assurer de la sécurité d’utilisation de cette approche chez l’homme. De plus, l’administration du système CRISPR/Cas9 dans les cellules de l’organisme devra s‘effectuer à l’aide de vecteurs et va se heurter à certains obstacles déjà rencontrés en thérapie génique : le choix du vecteur (adénovirus associé, lentivirus, vecteur synthétique…), le contrôle de la réponse immunitaire...
Comme pour toutes les techniques permettant de modifier le génome des êtres vivants, les limites éthiques de l’application de cette approche sont aussi à définir.

Pour en savoir plus, « Les ciseaux génétiques (Cripr-Cas9), une arme pour guérir demain ? », une vidéo explicative réalisée par l’AFM-Téléthon à l’occasion de la Fête de la Science 2020 (durée : 59 minutes)

 

Publié le : 09/10/2020