Un pas en avant pour l’édition génétique : CRISPR-Cas9 et la MH

CRISPR-Cas9 est une technique expérimentale d’édition génétique utilisée pour apporter des modifications précises à l’ADN. Pour la première fois, les scientifiques ont utilisé cette approche pour attaquer la mutation de la maladie de Huntington dans les cellules cérébrales d’une souris. D’autres chercheurs perfectionnent CRISPR-Cas9 pour le rendre plus efficace, spécifique et sûr. On est encore loin de son utilisation chez les patients MH, mais son application chez la souris est une avancée passionnante.

Édition génétique avec CRISPR-Cas9

L’ADN est le code fondamental qui dirige la croissance et le fonctionnement des cellules vivantes. Notre capacité à manipuler ce code, autrefois du domaine de la science-fiction, commence à orienter la recherche sur les maladies héréditaires comme la maladie de Huntington. La conception et l’application d’outils pour modifier l’ADN est connue sous le nom d’édition génétique, et l’un de ces outils qui a récemment attiré l’attention s’appelle CRISPR-Cas9. Depuis son introduction, les scientifiques de la MH explorent la possibilité d’utiliser CRISPR-Cas9 pour supprimer la mutation génétique qui cause la MH.

Cette technique expérimentale n’est pas encore prête pour être testée chez l’humain, mais elle est passée rapidement des tubes à essai aux cellules vivantes puis aux organismes. Des travaux récents de plusieurs groupes de recherche ont montré que CRISPR-Cas9 peut être utilisé pour modifier le gène de la MH dans le cerveau d’une souris vivante. Plus excitant encore, les dernières découvertes d’un laboratoire montrent une amélioration du comportement des souris MH après l’administration de CRISPR-Cas9 dans le cerveau. Cette technologie d’édition génétique continue de se perfectionner, et plusieurs équipes de recherche sur la MH l’adaptent aux défis de la thérapie de la MH. Parlons du fonctionnement de CRISPR-Cas9, de son application à la MH, et des raisons pour lesquelles la sécurité est une préoccupation à ce stade.

Le gène de la MH : réécrire l’histoire

La MH est causée par un ajout indésirable dans le code génétique. Des milliards de blocs biologiques de construction, les nucléotides C, G, A et T, se trouvent dans le code ADN complet. Ces nucléotides sont lus et interprétés par morceaux – des sections du gène appelées exons. Tu peux considérer un nucléotide comme une lettre, trois nucléotides comme un mot, un exon comme une phrase, le gène comme un paragraphe, et le génome complet comme un manuel d’instructions décrivant toutes les pièces nécessaires à la croissance et au fonctionnement des cellules.

Zoomons sur un paragraphe de l’histoire, le gène qui cause la MH. Chez les personnes destinées à développer la MH, la première phrase contient une erreur : une série de lettres C-A-G qui continue… encore et encore et encore et encore et encore et encore et encore et encore et encore et encore et encore et encore et encore et encore et encore… beaucoup plus que nécessaire. Et si nous pouvions modifier l’erreur de répétition CAG, comme supprimer tous ces « encore et encore » supplémentaires de la phrase précédente ? C’est l’objectif principal de l’édition génétique dans la recherche sur la MH, et CRISPR-Cas9 est l’une des approches.

CRISPR-Cas9 : faire la coupure

Il n’existe pas d’équivalent de logiciel de traitement de texte pour éditer les gènes. Pour réparer les gènes à l’échelle microscopique, une cellule à la fois, le code défectueux doit être localisé et physiquement coupé – et c’est ce que fait CRISPR-Cas9. Cette coupure nécessite deux composants : (1) un ARN guide et (2) une enzyme de coupure appelée Cas9. Voici une analogie simple : imagine que tu veuilles couper un ruban, mais que ton ami a les ciseaux. Tu pourrais tenir le ruban avec deux mains, le tendant pour montrer exactement à ton ami où faire la coupure. C’est CRISPR-Cas9, à l’échelle microscopique : l’ARN guide trouve et présente le bon endroit sur l’ADN, et la Cas9 agit comme les ciseaux, coupant réellement l’ADN.

En laboratoire, les scientifiques peuvent concevoir des ARN guides spécifiques qui montreront à Cas9 où couper deux fois, des deux côtés de la longue séquence de répétitions C-A-G dans le gène de la MH. Ensuite, les nouvelles extrémités peuvent être raccordées, supprimant définitivement la partie problématique. C’est ainsi que les scientifiques utilisent CRISPR-Cas9 pour éditer les séquences génétiques.

Comme avec toute nouvelle technologie excitante, les chercheurs ont expérimenté avec le système CRISPR-Cas9 pour découvrir de nouvelles façons d’utiliser l’outil. Au début, les chercheurs ont réalisé qu’ils pouvaient utiliser CRISPR-Cas9 pour faire des coupures uniques dans un gène spécifique assez facilement. Le processus de réparation que les cellules utilisent pour réparer ces coupures est sujet aux erreurs, et conduit généralement à la perte de petits morceaux d’information génétique.

Pour faire une analogie, imagine que tu écrivais un message à un ami à table disant : « passe-moi le beurre ». Si tu sautais accidentellement quelques lettres – disons « le » – mais gardais la structure du message, ton ami recevrait : « passemoi beurrexx ». Quand les messages génétiques sont brouillés avec de petites suppressions comme celle-ci, les cellules ont des mécanismes pour reconnaître les erreurs et ignorer leur contenu. Cela donne aux chercheurs un moyen d’utiliser CRISPR-Cas9 pour effectivement supprimer un gène, plutôt que d’éditer la séquence de manière plus spécifique.

CRISPR-Cas9 dans le cerveau d’une souris MH

Quelques groupes de recherche viennent de découvrir qu’il est possible d’éditer le gène de la MH dans le cerveau d’une souris vivante. Plus récemment, une équipe dirigée par Xiao-Jiang Li, travaillant à l’Université Emory aux États-Unis, a découvert que faire de petites coupures dans le gène de la MH pouvait avoir des effets bénéfiques chez les souris MH. Pour ces expériences, ils utilisaient CRISPR-Cas9 en mode suppression, plutôt que d’éditer le gène de la MH pour remplacer le long C-A-G par un court.

Pour utiliser CRISPR-Cas9 chez une souris MH, l’ARN guide et les « ciseaux » Cas9 sont transportés par des virus spécialement conçus qui doivent être injectés dans le cerveau. Le groupe de Li a appliqué cette technique au striatum, une zone du cerveau contrôlant l’humeur et le mouvement qui est endommagée pendant la MH. Quelques semaines plus tard, les composants CRISPR-Cas9 s’étaient répandus dans de nombreuses cellules, désactivant le gène MH dysfonctionnel, et les signes de stress sur les neurones avaient diminué.

Après trois mois, il y avait moins d’amas nocifs de protéine huntingtine accumulés dans les cellules cérébrales, et les souris MH s’étaient quelque peu améliorées lors des tests de mouvement. L’aspect le plus excitant de cette expérience était le rétablissement des souris plus âgées qui avaient déjà développé des symptômes. Même les souris de 9 mois (environ l’âge moyen) se sont améliorées après avoir reçu les injections, suggérant que leur cerveau pouvait récupérer partiellement après une demi-vie de dommages.

Procéder avec prudence

La plupart des personnes atteintes de MH n’ont qu’une seule copie du gène mutant, et une autre copie parfaitement saine. L’utilisation de CRISPR-Cas9 comme thérapie suscite certaines inquiétudes, car bien qu’il puisse supprimer la partie endommagée du gène MH, il pourrait aussi supprimer définitivement une partie de la copie saine. Le laboratoire Li a également réalisé des expériences pour aborder indirectement cette question, en travaillant avec des souris qui avaient deux copies défectueuses du gène MH, et en utilisant CRISPR-Cas9 pour supprimer les deux. Il n’y avait pas de danger immédiat pour les souris, bien qu’elles n’aient été surveillées que pendant quelques semaines.

La sécurité de l’interférence avec la copie normale du gène MH est importante, compte tenu de l’essai clinique en cours d’un ASO réducteur de huntingtine. Le médicament réduit les niveaux des deux copies du gène MH, mutante et saine. Certaines recherches sur les souris ont suggéré que cela est inoffensif pendant la vie tardive, mais il est difficile d’en être sûr, car la durée de vie d’une souris est beaucoup plus courte que celle d’un humain. Les entreprises menant l’étude ASO – Roche et Ionis – sont bien conscientes de ces risques et surveillent attentivement les sujets de l’étude pour détecter tout signe de problèmes causés par la réduction du gène MH.

Il existe d’autres différences clés entre les médicaments ASO et l’approche CRISPR-Cas9. L’essai ASO actuel chez l’humain est une thérapie de réduction de la huntingtine, ou extinction génique, qui fonctionne pour désactiver les deux copies du gène MH par courtes périodes. Si le traitement est arrêté, le gène retrouvera sa fonction. À l’inverse, l’édition génétique utilisant CRISPR-Cas9 crée un changement permanent de l’ADN, et doit donc être abordée avec encore plus de prudence. Il existe des preuves que le gène MH, endommagé ou non, a des fonctions importantes dans la cellule, et nous ne voulons pas risquer des effets secondaires permanents. La bonne nouvelle est que les scientifiques de la MH s’attaquent au défi d’éviter la copie saine du gène, connue sous le nom d’approche allèle-spécifique.

Amélioration des techniques d’édition génétique

Deux groupes ont récemment amélioré la technique CRISPR-Cas9, l’utilisant pour couper et inactiver uniquement la copie endommagée du gène. Une équipe dirigée par Jong-Min Lee au Massachusetts General Hospital a réalisé une délétion allèle-spécifique en utilisant des ARN guides astucieusement conçus. Les guides recherchaient de minuscules différences dans les lettres d’ADN proches de la mutation MH et dirigeaient deux coupures Cas9. Leur approche est nouvelle car les éditions génétiques pourraient être « personnalisées » en fonction de l’ADN d’un individu.

Un second groupe, dirigé par Beverly Davidson au Children’s Hospital of Philadelphia, a utilisé une approche similaire pour cibler uniquement le gène mutant, faisant des coupures plus petites avec Cas9. Cela a arrêté la production de multiples protéines huntingtine nocives. Comme le groupe de Li, ils ont également pu inactiver le gène MH dans le cerveau d’une souris vivante. Reste à voir si l’une ou l’autre des techniques CRISPR améliorées améliorera le comportement d’une souris MH, mais les deux innovations sont un pas vers les thérapies génétiques du futur.

Défis de l’édition génétique

Nous sommes enthousiastes quant à l’utilisation de l’édition génétique pour mieux comprendre la MH. L’utilisation de CRISPR chez une souris vivante et le développement d’approches allèle-spécifiques représentent des avancées significatives, mais il y a plusieurs obstacles à surmonter avant que CRISPR-Cas9 puisse être développé en traitement pour la MH. Voici les principaux défis auxquels les chercheurs sont confrontés, et notre état actuel des connaissances :

1. Précision : s’assurer que Cas9 ne coupe que le gène qu’il est conçu pour couper, et ne cause pas de dommages aléatoires ailleurs. Les scientifiques semblent bien en voie de s’assurer que CRISPR est très spécifique.

2. Spécificité allélique : s’assurer que seule la copie mutante du gène MH, et non la saine, est supprimée. La recherche que nous avons décrite ici est une avancée passionnante.

3. Administration : faire entrer la machinerie CRISPR-Cas9 dans de nombreux neurones du cerveau et supprimer le gène MH de chacun. Maintenant nous savons que c’est possible chez la souris, mais cela reste un obstacle majeur pour toute thérapie utilisée pour traiter le cerveau humain.

4. Sécurité à court terme : s’assurer que la suppression d’une partie du gène MH ne causera pas de problèmes neurologiques immédiats ou même la mort. Jusqu’à présent, cela semble être le cas.

5. Sécurité à long terme : s’assurer que l’édition du gène MH serait sûre sur une longue période. C’est une question très difficile à explorer chez les souris. Nous pourrions trouver des réponses grâce à des expériences sur les primates, ou à partir de techniques moins permanentes dans les essais cliniques.

L’essai ASO de réduction de la huntingtine en est encore aux premiers stades de sécurité, mais l’approche s’est montrée prometteuse jusqu’à présent. L’édition génétique pourrait introduire des changements durables dans ce qui est écrit dans le code ADN, avec des conséquences profondes. L’utilisation sûre de CRISPR-Cas9 devient exponentiellement plus difficile à mesure qu’elle se rapproche de la clinique. Néanmoins, la prochaine génération de cette technologie montre un potentiel incroyable, et de nombreux esprits la font progresser de manière innovante.

En savoir plus

• Manuscrit original décrivant le travail sur les souris du laboratoire Li (accès libre)
• Manuscrit original décrivant le travail du laboratoire Lee sur l’extinction allèle-spécifique (article complet nécessite un paiement ou un abonnement)
• Manuscrit original décrivant le travail du laboratoire Davidson sur l’extinction allèle-spécifique (accès libre)