Article rédigé par Auriane MADEDDU  et Arnaud GOMEZ 

L’édition génomique permet de modifier ou de supprimer un ou plusieurs gènes de notre génome. Le principal objectif de cette technique est de pouvoir aider les patients atteints de maladies génétiques rares en “réparant” leur génome mais il existe bien d’autres applications à cette découverte. Cette technologie est assez récente et compliquée à mettre en place à l’échelle humaine car il faut modifier les mutations dans des millions de cellules. Cependant cette technique est au cœur de nombreuses recherches et ne cesse d’évoluer vers des méthodes plus précises et plus performantes. Deux chercheuses, Jennifer Doudna et Emmanuelle Charpentier,ont même obtenu le prix Nobel de chimie 2020 pour leur découverte. Nous essaierons de comprendre comment fonctionne l'édition génomique avec la méthode CRISPR-cas9 puis les différentes applications de l’édition génomique et enfin ses limites.

I. CRISPR-Cas 9

Il existe de nombreuses façons d’effectuer une modification de l'ADN dont l'outil CRISPR-Cas 9. Pour la majorité d’entre eux, ils sont composés d’une molécule de ciblage pour modifier uniquement l’ADN ciblé, d’une molécule “ciseaux”, qui coupe l’ADN à l’endroit voulu et éventuellement d’une molécule qui permet l’insertion d’une séquence programmée à l’avance dans le “vide” créé par l’ablation d’une partie de l’ADN présent. C’est ici la protéine “ciseaux” CRISPR-Cas 9 qui va nous intéresser. Celle-ci n’est pas une molécule crée artificiellement mais une molécule existante chez certaines bactéries qui s’en servent pour se défendre contre les virus. C’est donc un système naturel dérivé. Récemment, des techniques utilisant cette protéine ont été développées, comme le base editing et le prime editing.

1. Le base editing

Contrairement aux anciennes méthodes, cette technologie CRISPR-Cas 9 ne repose pas sur la création de cassures sur les deux brins d’ADN pour ensuite y effectuer des modifications.  La technique d'édition de base ou base editing convertit directement une des quatre bases azotées de l’ADN, qui sont la cytosine, la thymine, la guanine et l’adénine, en une autre par un processus de déamination.

Ce processus est réalisé par l’association d’une protéine CRISPR-Cas 9, programmée pour cibler une séquence précise d’ADN, avec une enzyme désaminase qui facilite la conversion de la base azotée.  Cependant seules quatre conversions sont faisables : une cytosine transformée en thymine, une guanine transformée en adénine, et et inversement, une thymine transformée en cytosine et une adénine transformée en guanine. Les changements pouvant être apportés sont donc limités.

2. Le prime editing

Le prime editing, lui, consiste en une CRISPR-Cas9 modifiée pour ne couper qu’un seul brin d’ADN. Elle est guidée vers le site où la modification doit avoir lieu avec un guide ARN précis.  Une fois sur place, un brin de l’ADN est coupé, et une partie d’ARN ne servant pas au guidage est copiée et transformée en ADN par l’enzyme transcriptase inverse, et introduite par celle-ci dans l’espace nouvellement formé dans la séquence ADN.  Une fois cela fait, la CRISPR-Cas9 modifiée coupe le second brin d’ADN, sans rien y ajouter.  La cellule, en voulant réparer l’ADN abîmé, va prendre exemple sur le brin édité, et en créer une copie conforme. La mécanique cellulaire va également se débarrasser de tous les résidus de molécules maintenant inutiles restés sur place.

3. Les avantages

Les nouvelles techniques développées avec l’utilisation de CRISPR-cas 9 sont donc assez révolutionnaires. Mais l’utilisation de cet enzyme présente bien d’autres avantages : d’abord, cette méthode permet d’avoir les résultats recherchés beaucoup plus rapidement. Sur une souris par exemple, deux mois suffisent pour obtenir la
mutation souhaitée contre près d’un an avec les anciennes méthodes. Aussi cette méthode est bien plus simple et moins coûteuse à mettre en place.

II. APPLICATIONS

L’édition génétique compte des applications dans de nombreux domaines. Cela peut servir tout d’abord à remplacer un gène “muté” par sa version saine ou encore simplement supprimer un gène pour comprendre son rôle sur l’organisme. Grâce à l’édition du génome, on peut donc établir la carte génétique d’une espèce ou d’un individu. Mais l’édition génétique peut aussi avoir des applications beaucoup plus surprenantes en agronomie, en neurologie ou en ce qui concerne l’écologie. Par exemple, on pourrait modifier certains gènes du moustique pour éradiquer certaines maladies telles que le paludisme ou encore modifier les gènes de certains
végétaux pour les rendre plus résistants. Cependant, la modification génétique pose des questions d’éthique, par exemple dans le cas où l’OGM se transmettrait à sa descendance ou la création d’une nouvelle espèce.

III. LIMITES

Les limites sont multiples, mais différentes en fonction de la technique employée : le base editing ne permet que des changements de base limités, tandis que le prime editing, nécessitant un ARN messager plus long, est plus gros, difficile à produire et à déplacer dans la cellule, et peut être endommagé. Néanmoins, les méthodes antérieures avaient une chance de succès très faible. Cependant, même si les techniques de guidage se sont améliorées, le CRISPR-Cas9 a une probabilité d’échec assez importante. C’est pour cela que l’on agit en fonction du ratio bénéfice-risque : pour maladie génétique entraînant la mort, il n’y a plus rien à perdre, mais pour un trouble mineur, il faut y réfléchir sérieusement.

Sources : 

synthego [1] [2] , polytechnique insights [1] , medecine/sciences [1]

Remerciements :

Nous remercions le Dr Franck GALLARDO (virologue, NeoVirTech (biotechnologie)) pour le temps qu’il nous a accordé, les échanges éclairants et la relecture de notre article  (Researchgate)