La révolution CRISPR-Cas9

Véritable avancée dans génie génétique, CRISPR-Cas9 a la capacité d’intervenir sur l’ADN de manière chirurgicale. Ces ciseaux génétiques permettent en autre d’intervenir sur des maladies qui étaient alors difficiles à combattre, mais aussi d’améliorer la compréhension d’un organe encore obscur à notre connaissance, le cerveau.

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C’est une technique révolutionnaire, certainement l’innovation majeure du XXIe siècle en biotechnologie !

CRISPR-Cas9 (CC9), cette prouesse de la génétique permet de remplacer un gène par un autre ou de le modifier. Facile à dire, 30 ans de recherche, CC9 fonctionne ainsi comme des ciseaux qui coupe une zone spécifique de l’ADN pour y insérer la séquence souhaitée.

CC9 est formé de deux parties. D’un côté, un brin d’ARN, de séquence homologue à la séquence que l’on veut couper, et de l’autre une endonucléase (enzyme capable de couper au milieu d’une chaîne d’ADN), le Cas9. Au niveau cellulaire, l’ARN contenu dans CC9 va reconnaître la séquence d’ADN homologue cible et s’y placer. Cas 9 se charge alors de sectionner la chaîne d’ADN, le trou ainsi formé après le passage du complexe pourra alors être comblé par n’importe quel fragment d’ADN.

CRISPR-Cas9 gene editing. Diagram of the process that occurs within the CRISPR-Cas9 gene editing complex. This protein (purple) is used in genome engineering to cut DNA (deoxyribonucleic acid). It uses a guide RNA (ribonucleic acid) sequence (green) to cut DNA (blue) at a complementary site. The cut area of DNA is shown in yellow. The process of inserting a fragment of donor DNA (red) is shown at lower centre, with a genetically modified laboratory mouse at bottom. CRISPR (Clustered Regularly Interspersed Palindromic Repeats) is a bacterial adaptive immunity system. Labelled version: C029/2553.

Schéma expliquant les différentes étapes du processus d’édition génomique à l’aide du complexe CRISPR-Cas9.

Mais alors, pourquoi tant d’excitation ? CC9 permet d’augmenter les possibilités de retouche génétique quasiment à l’infini ! Supprimer un gène malade, le remplacer par une séquence saine ou encore étudier la fonction précise d’un brin d’ADN, à la molécule près, voilà à quoi sert CC9, et ce complexe touche à tous les domaines de la biologie !

Mais quelles sont ses origines ?

Cela remonte à 1987, des chercheurs japonais découvrent chez E. coli des séquences d’ADN dont l’enchaînement des bases (A,C,G,T) est sous de forme de palindrome. Le rôle de ces fragments, baptisés CRISPR pour « courtes répétitions en palindrome regroupés et régulièrement espacés », ne sera découvert que 20 ans plus tard, premièrement quand on constatera que les morceaux d’ADN intercalés entre les palindromes sont souvent des séquences d’ADN virales, et ensuite quand on montrera que les bactéries porteuses de ces séquences résistent mieux aux infections. L’ARN de CC9 lui permet ainsi de reconnaître et se lier à l’ADN viral présent dans la bactérie, pour ensuite le détruire. Deux chercheuses, Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna, vont ainsi utiliser ce modèle de réaction immunitaire en 2012 et le détourner pour en faire un véritable outil biotechnologique à la portée de tous.

Emmanuelle Charpentier (à gauche) et Jennifer Doudna (à droite) sont les co-inventrices de la technique d’édition génomique utilisant CRISPR-Cas9.

CRISPR-Cas9 allie simplicité, rapidité et économie.

Ce n’est pas la première technique d’édition du génome qui existe. Cependant, les chercheurs ont tendance aujourd’hui à se tourner vers CC9 pour sa rapidité et surtout sur son coût d’utilisation nettement plus bas. Frédéric Causeret, chercheur en neurosciences, explique qu’en utilisant le complexe CC9, le coût de l’utilisation n’excéderait pas quelques milliers d’euros, contrairement aux anciennes techniques qui pouvaient monter à plusieurs dizaines de milliers d’euros, « La technique est très simple à mettre en œuvre, elle nous épargne certaines étapes fastidieuses ». Cette technique a aussi la faculté de supprimer et remplacer plusieurs gènes en même temps, contrairement aux autres techniques d’édition. Le plus impressionnant c’est qu’en utilisant CC9, certains chercheurs ont réussi à moduler l’expression d’un gène donné, sans avoir à l’éditer lui-même.

CRISPR-Cas9 applicable sur tous les êtres vivants !

Cette technique peut en effet être appliquée sur tout types d’espèces (poisson, mammifère, insectes …), chose encore impossible il y a quelques années ! De plus, cette technique permet de générer des pertes de fonction génétique extrêmement rapides, sur de nombreuses lignées.

Quels domaines d’application ?

Avec son potentiel, CC9 augmente considérablement les possibilités de recherche fondamentale en neurosciences. En coupant un gène précis sur un modèle animal, on peut déterminer plus précisément son rôle dans le développement du cerveau par exemple. Ainsi, CC9 possède un grand pouvoir thérapeutique, par exemple si un gène est incriminé dans une maladie, il sera possible de l’éliminer, le corriger ou le remplacer.

Il sera possible aussi de dresser la carte d’identité génétique des maladies cérébrales. Les tumeurs cérébrales, l’étude du développement des neurones, l’autisme, tout ceci pourra être observé et étudié en coupant de simples fragments d’ADN, d’autant plus qu’elles sont souvent multigéniques.

CC9 a aussi été utilisé pour des traitements contre le cancer. L’une des applications les plus intéressantes de CRISPR-Cas9 dans la médiation de l’édition du génome est la production de récepteurs d’anti-gène chimériques (CAR) de lymphocyte T qui reconnaissent spécifiquement les anti-gènes du cancer. Les traitements utilisant le système CAR-lymphocytes T contre le CD19 (antigène leucocytaire humain) ont été montrés comme particulièrement efficace pour traiter la leucémie. Récemment, plusieurs groupes de recherche se sont concentrés sur le développement de système CAR-lymphocytes T pour des tumeurs graves comme les cancers pancréatiques ou cérébrales. L’édition de génome par CRISPR-Cas9 peut être utilisé pour générer rapidement des dérivés spécifiques de systèmes CAR-T pour chaque cancer de manière individuelle. Cela aurait un impact important dans l’implication de médecine personnalisée. Le système CRISPR-Cas9 peut améliorer l’efficacité de la production de lymphocyte T par le génome luttant contre divers types de tumeurs. Les PD-1, un inhibiteur de point de contrôle présenté à la surface des cellules cancéreuses, peut se lier au récepteur PD-1 sur les lymphocytes T activés et inhibent par la suite l’effet médiateur des lymphocytes T sur les cancers. Ainsi, une délétion génétique des PD-1 peut être une méthode significative pour augmenter l’efficacité des lymphocytes T utilisés dans les thérapies contre le cancer. Il y a peu, the Recombinant DNA Advisory Committee de l’U.S. National Institutes of Health a approuvé l’utilisation de CRISPR-Cas9 pour fabriquer des lymphocytes T humains pour attaquer les mélanomes, de multiples myélomes et les sarcomes.

Agronomie, écologie, neurologie… Les applications des CRISPR semblent sans limites. « Certains pensent par exemple utiliser l’édition génomique pour rendre le moustique stérile et ainsi éradiquer le paludisme. Ou même à empêcher les pommes de terre de noircir ! », explique Jean-Stéphane Joly, ajoutant qu’il faudra strictement contrôler ces modifications génétiques et leur effet sur l’environnement. Une chose est sûre, le CRISPR-Cas9 est loin d’avoir dévoilé toute l’étendue de ses applications. « À l’évidence, les découvertes sur la réécriture du génome méritent le prix Nobel ! », assure même Jean-Stéphane Joly.

Si vous voulez voir le fonctionnement de CRISPR-Cas9, allez voir cette vidéo qui résume très bien son fonctionnement: https://www.youtube.com/watch?v=2pp17E4E-O8

Petit bonus, la chanson de CRISPR-Cas9: https://www.youtube.com/watch?v=k99bMtg4zRk

Source :

https://lejournal.cnrs.fr/articles/crispr-cas9-des-ciseaux-genetiques-pour-le-cerveau   Article de Léa Galanopoulo pour le journal du CNRS, publié le 3 mai 2016

CRISPR-Cas9 therapeutics in cancer: promising strategies and present
challenges, Publication de Lang Yi et Jinming Li, publié dans la revue BBA – Reviews on Cancer en 2016