L’outil d’édition de gènes CRISPR a été repensé pour être 4 000 fois moins susceptible de cibler le mauvais brin d’ADN

Jack Bravo / Université du Texas à Austin :

L’un des grands défis liés à l’utilisation de l’édition de gènes basée sur CRISPR sur les humains est que la machinerie moléculaire apporte parfois des modifications à la mauvaise section du génome d’un hôte, créant la possibilité qu’une tentative de réparation d’une mutation génétique à un endroit du génome puisse accidentellement créer: une nouvelle mutation dangereuse dans une autre.

Mais maintenant, des scientifiques de l’Université du Texas à Austin ont repensé un composant clé d’un outil d’édition de gènes basé sur CRISPR largement utilisé, appelé Cas9, pour qu’il soit des milliers de fois moins susceptible de cibler le mauvais tronçon d’ADN tout en restant tout aussi efficace. que la version originale, ce qui la rend potentiellement beaucoup plus sûre.

“Cela pourrait vraiment changer la donne en termes d’application plus large des systèmes CRISPR Cas dans l’édition de gènes”, a déclaré Kenneth Johnson, professeur de biosciences moléculaires et co-auteur principal de l’étude avec David Taylor, professeur adjoint de sciences moléculaires. biosciences. Les co-premiers auteurs de l’article sont les boursiers postdoctoraux Jack Bravo et Mu-Sen Liu.

D’autres laboratoires ont repensé Cas9 pour réduire les interactions hors cible, mais jusqu’à présent, toutes ces versions améliorent la précision en sacrifiant la vitesse. SuperFi-Cas9, comme cette nouvelle version a été surnommée, est 4 000 fois moins susceptible de couper les sites hors cible, mais tout aussi rapide que le Cas9 naturel. Bravo dit que vous pouvez considérer les différentes versions de Cas9 générées en laboratoire comme différents modèles de voitures autonomes. La plupart des modèles sont vraiment sûrs, mais ils ont une vitesse maximale de 10 miles par heure.

“Ils sont plus sûrs que le Cas9 naturel, mais cela a un coût élevé : Ils vont extrêmement lentement “, a déclaré Bravo. “SuperFi-Cas9 est comme une voiture autonome qui a été conçue pour être extrêmement sûre, mais elle peut toujours rouler à pleine vitesse.”

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Jusqu’à présent, les chercheurs ont démontré l’utilisation de SuperFi-Cas9 sur l’ADN dans des éprouvettes. Ils collaborent maintenant avec d’autres chercheurs qui prévoient de tester SuperFi-Cas9 pour l’édition de gènes dans des cellules vivantes. Ils travaillent également à développer des versions encore plus sûres et plus actives de Cas9.

Les outils d’édition de gènes basés sur CRISPR sont adaptés à partir de systèmes naturels dans les bactéries. Dans la nature, une protéine Cas9 flotte dans l’environnement, à la recherche d’ADN avec une séquence très spécifique de 20 lettres, comme le X sur une carte pirate qui indique “creuser ici”. Parfois, lorsque la plupart des lettres sont correctes, à l’exception de celles des points 18 à 20, Cas9 continue et creuse. C’est ce qu’on appelle une inadéquation, et cela peut avoir des conséquences désastreuses sur l’édition de gènes.

Taylor et Johnson ont développé une technique appelée détermination de la structure guidée par la cinétique qui a utilisé un microscope cryo-électronique dans le laboratoire de biologie structurale Sauer pour prendre des instantanés de Cas9 en action alors qu’il interagissait avec cet ADN incompatible.

Ils ont été surpris de découvrir que lorsque Cas9 rencontre ce type de décalage dans les positions 18 à 20, au lieu d’abandonner et de passer à autre chose, il a une structure en forme de doigt qui s’enfonce et s’accroche à l’ADN, le faisant agir comme s’il étaient la bonne séquence. Normalement, une incompatibilité laisse l’ADN un peu disquette ; cette structure en forme de doigt le stabilise.

“C’est comme si vous aviez une chaise et que l’un des pieds était cassé et que vous veniez de le scotcher à nouveau”, a déclaré Bravo. “Il pourrait toujours fonctionner comme une chaise, mais il pourrait être un peu bancal. C’est une solution assez sale.

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Sans cette stabilité supplémentaire dans l’ADN, Cas9 ne prend pas les autres mesures nécessaires pour couper l’ADN et effectuer des modifications. Personne n’avait jamais observé ce doigt supplémentaire faire cette stabilisation auparavant.

“C’était quelque chose que je n’aurais jamais pu, dans un million d’années, imaginer dans mon esprit qui se serait produit”, a déclaré Taylor.

Sur la base de cette idée, ils ont repensé le doigt supplémentaire sur Cas9 afin qu’au lieu de stabiliser la partie de l’ADN contenant le décalage, le doigt soit à la place éloigné de l’ADN, ce qui empêche Cas9 de poursuivre le processus de coupe et d’édition de l’ADN. Le résultat est SuperFi-Cas9, une protéine qui coupe la bonne cible aussi facilement que la Cas9 naturelle, mais est beaucoup moins susceptible de couper la mauvaise cible.

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Les autres auteurs sont Grace Hibshman, Tyler Dangerfield, Kyungseok Jung et Ryan McCool, également de l’Université du Texas à Austin.

Bravo, Liu, Hibshman, Dangerfield, Johnson et Taylor sont les inventeurs d’une demande de brevet couvrant de nouvelles conceptions Cas9 basées sur ce travail. Le bureau de commercialisation de la technologie de l’UT Austin gère la propriété intellectuelle et s’efforce de trouver des partenaires industriels qui peuvent aider à réaliser le vaste potentiel de la technologie.

Ce travail a été publié dans la revue Nature.

La source: Université d’Austin :

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