Le nouvel éditeur de gènes Evocast permet une insertion précise de gènes complets

Le nouvel éditeur de gènes Evocast permet une insertion précise de gènes complets

Demandez aux scientifiques quel outil d'édition génétique est le plus nécessaire pour faire progresser la thérapie génique, et ils décriront probablement un système qui est presque réalisé dans les laboratoires de Samuel Sternberg du Vagelos College of Physicians and Surgeons de l'Université de Columbia et de David Liu du Broad Institute du MIT et de Harvard.

L'éditeur de gènes a qualifié les Evocast GoT d'importants dans la résolution d'un problème qui a perturbé le développement des thérapies géniques depuis les débuts de ce domaine : comment ajouter des emplacements définis dans le génome humain sans produire de modifications indésirables.

La dernière itération de l'éditeur, qui utilisait des enzymes complexes présentes dans les bactéries, peut être programmée pour insérer un gène entier - ou plusieurs gènes - dans un emplacement spécifique du génome humain avec une efficacité adaptée à la thérapie génique. Les détails de l'éditeur sont décrits dans un article publié le 15 mai dansScience.

La nécessité d'un éditeur de gènes avancé

CRISPR-Cas, virus et autres systèmes d'édition ont permis le développement de dizaines de médicaments génétiques pour les patients, mais toutes les méthodes actuelles présentent des inconvénients. Certaines méthodes sont précises mais n'apportent que de petites corrections. Les virus, la méthode la plus couramment utilisée en thérapie génique, peuvent insérer des gènes entiers, mais le font de manière aléatoire lorsqu’ils activent des réponses immunitaires.

Un outil comme Evokast pourrait rendre la thérapie génique plus fiable et plus efficace, en particulier pour des maladies comme la fibrose kystique et l'hémophilie, causées par l'une des milliers de mutations différentes.

Des centaines, voire des milliers de mutations différentes du gène CFTR peuvent provoquer la mucoviscidose, par exemple, de sorte qu'un nombre excessif de médicaments éditant le gène serait nécessaire pour garantir que chaque patient puisse être traité. Au lieu de cela, quelque chose comme Evokast pourrait permettre une thérapie génique unique qui insère un gène complet et sain dans le génome du patient.

Il y a encore du travail à faire, mais Evocast représente une étape importante dans le développement de ces systèmes pour installer de manière permanente un gène complet et sain, quel que soit le défaut génétique sous-jacent. "

Samuel Sternberg, Collège Vagelos des médecins et chirurgiens de l'Université Columbia

Le nouveau système pourrait également permettre une édition génétique plus facile et plus précise dans d’autres applications médicales et de recherche, notamment la production de thérapies à base de cellules CAR T pour le traitement du cancer, ainsi que de lignées cellulaires transgéniques et d’organismes modèles nécessaires à la recherche biomédicale.

Le nouvel éditeur développé à partir de « gènes sauteurs »

Evocast est basé sur un système naturel découvert il y a quelques années par le laboratoire Sternberg chez les bactéries, qui permet aux gènes de migrer vers de nouveaux emplacements dans le génome bactérien. (Les gènes sauteurs, également appelés transposons, peuvent bénéficier à une espèce en générant une diversité génétique).

Le laboratoire a reconnu que plusieurs caractéristiques des Casts (transposases associées à CRISPR) les rendaient attrayants en tant que systèmes potentiels d’édition de gènes. L’un des avantages est la possibilité d’insérer de gros morceaux d’ADN sans casser le chromosome au cours du processus, ce qui peut provoquer des erreurs graves et involontaires. Un autre est la « programmabilité » du système, qui dirige les insertions vers n’importe quel endroit du génome déterminé par le chercheur.

L'adaptation du système bactérien pour une utilisation dans les cellules humaines s'est avérée difficile. George Lampe, étudiant diplômé de Sternberg, a développé avec succès le système pour qu'il fonctionne sur des cellules humaines, mais les premières versions de la technologie fonctionnaient avec une faible efficacité.

Sternberg s'était attendu à cette difficulté. "Les systèmes de diffusion existent pour aider les gènes mobiles à franchir les échelles des temps évolutifs autour du génome. Ils ne sont pas soumis à une pression sélective pour agir efficacement.

L'évolution artificielle améliore l'édition génétique

Au lieu de deviner quels changements pourraient améliorer leur système, Sternberg et Lampe se sont tournés vers David Liu, biologiste moléculaire et chimiste organique à Harvard et au Broad Institute, qui a développé une technique de laboratoire permettant d'accélérer le développement des protéines. Lamp a poussé les performances du système à un point qui a fait de Tempo une option viable, et Isaac Witte et Simon Eitzinger, deux étudiants diplômés du laboratoire de Liu, ont déplacé le système vers Tempo, permettant d'effectuer des centaines de cycles d'évolution avec une intervention minimale.

"L'évolution des turbocaps et des enzymes s'améliore au-delà de ce que les chercheurs peuvent normalement faire avec des modifications ciblées et rationnellement conçues", explique Lampe. "Les mutations acquises grâce à Tempo ont considérablement amélioré les performances de l'ensemble du système de casting."

Après des centaines de générations évolutives, le nouveau système Evokast peut éditer 30 à 40 % des cellules, une augmentation considérable par rapport aux taux d'édition plus faibles du système d'origine.

Prochaines étapes

Le système Evokast a déjà atteint des efficacités adaptées à certaines applications d’édition génique et de thérapie génique, et les chercheurs aimeraient commencer à tester leur système dans des systèmes modèles plus pertinents.

Dans le même temps, l'équipe continue d'introduire des améliorations, notamment des modifications d'autres composants Evokast, pour améliorer encore l'efficacité de l'édition.

Cependant, l’un des plus grands défis pour Evokast et d’autres grands outils d’édition d’ADN en cours de développement est la livraison.

"Comment pouvons-nous réellement introduire ces outils et leurs charges utiles dans les cellules ou les tissus d'intérêt ?" dit Sternberg. "C'est un défi auquel beaucoup d'entre nous sont confrontés sur le terrain."

Plus d'informations

La recherche apparaît dans « Insertion de gènes programmables dans des cellules humaines à l’aide d’une transposase associée à CRISPR ciblée en laboratoire », publiée le 15 mai dans Science.

Tous les auteurs : Isaac P. Witte (Broad Institute et Harvard), George D. Lampe (Columbia), Simon Eitzinger (Broad Institute et Harvard), Shannon M. Miller (Broad Institute et Harvard), Kiara N. Berríos (Broad Institute et Harvard), Amber N. McElroy (Université du Minnesota), Rebeca T. King (Columbia), Olivia G. Stringham (Broad Institute et Harvard), Diego R. Gelsinger (Columbia), Phuc Leo H. Vo (Columbia), Albert T. Chen (Broad Institute et Harvard), Jakub Tolar (Université du Minnesota), Mark J. Osborn (Université du Minnesota), Samuel H. Sternberg (Columbia) et David R. Liu (Broading Institute et Harvard).

Samuel H. Sternberg, PhD, est professeur agrégé de biochimie et de biophysique moléculaire à l'Université de Columbia. David R. Liu, PhD, est professeur Richard Merkin et directeur du Merkin Institute for Transformative Technologies in Health, vice-président du Broad Institute du MIT et de Harvard, et professeur de sciences Thomas Dudley Cabot à l'Université Harvard. Tous deux sont enquêteurs au Howard Hughes Medical Institute.

La recherche a été financée par le NIH (subventions 1F31HL167530, R01AR063070, DP2HG011650, R01EB027793, R01EB031172, R01EB027793, RM1HG009490 et R35GM118062), une bourse de recherche supérieure de la National Science Foundation des États-Unis, un Pew Bourse de recherche en sciences biomédicales, bourse de recherche Sloan, bourse de recherche Irma T. Hirschl, bureau du doyen du centre médical Irving de l'université de Columbia, subvention pilote de Vagelos Precision Medicine et HHMI.

Les auteurs ont déposé des demandes de brevet liées à ces travaux. David Liu est co-fondateur, conseiller et/ou actionnaire de Beam Therapeutics, Prime Medicine, Paired Plants, Chroma Medicine, Resonance Medicine, Exo-Therapeutics et NOV Therapeutics. Samuel Sternberg est co-fondateur et conseiller scientifique de Dahlia Biosciences, conseiller scientifique de Crispits et Prime Medicine, et actionnaire de Dahlia Biosciences et Crisprbits.

Sources :