Technologie CRISPR-Cas : équilibre entre efficacité et sécurité

L'édition du génome à l'aide de divers complexes de molécules CRISPR-Cas a progressé rapidement ces dernières années. Des centaines de laboratoires dans le monde entier travaillent actuellement à l'utilisation clinique de ces outils et ne cessent de les faire progresser.

Les outils CRISPR-Cas permettent aux scientifiques de modifier des éléments individuels du matériel génétique de manière précise et ciblée. Des thérapies géniques basées sur ce type d'édition de gènes sont déjà utilisées pour traiter des maladies héréditaires, lutter contre le cancer et créer des cultures tolérantes à la sécheresse et à la chaleur.

Démarrage de la réparation

Le complexe moléculaire CRISPR-Cas9, également connu sous le nom de ciseaux génétiques, est l'outil le plus utilisé par les scientifiques du monde entier. Il coupe l'ADN double brin à l'endroit exact où le matériel génétique doit être modifié. Cela contraste avec les nouvelles méthodes d'édition de gènes, qui ne coupent pas le double brin.

La coupure active deux mécanismes de réparation naturels que la cellule utilise pour réparer de tels dommages : un mécanisme rapide mais imprécis qui ne reconnecte que les extrémités de l'ADN coupé, et un mécanisme lent et précis qui n'est pas activé dans tous les cas. Cette dernière nécessite une matrice copiable pour la réparation afin de reconnecter avec précision l'ADN au niveau du site de la coupure.

La variante lente est appelée réparation dirigée par homologie. Les scientifiques souhaitent utiliser cette méthode de réparation parce qu'elle permet l'intégration précise de segments d'ADN individuels dans une région génétique souhaitée. L'approche est très flexible et peut être utilisée pour réparer différents gènes pathologiques. «En principe, elle pourrait être utilisée pour guérir n'importe quelle maladie», explique Jacob Corn, professeur de biologie du génome à l'ETH Zürich.

Une molécule pour plus d'efficacité

Pour amener la cellule à utiliser la réparation par homologie, les scientifiques ont récemment commencé à utiliser une molécule appelée AZD7648, qui bloque la réparation rapide et force la cellule à utiliser la réparation par homologie. Cette approche devrait accélérer le développement de thérapies géniques plus efficaces. Les premières études sur ces nouvelles thérapies ont été bonnes. Trop bonnes pour être vraies, comme il s'est avéré.

Un groupe de recherche dirigé par Jacob Corn vient de découvrir que l'utilisation de l'AZD 7648 entraîne de graves effets secondaires. L'étude vient d'être publiée dans la revue Nature Biotechnology.

Changements génétiques massifs

Bien que l'AZD 7648 favorise une réparation précise et donc une édition précise des gènes à l'aide du système CRISPR-Cas9, comme on l'espérait, dans une proportion significative de cellules, cela a conduit à des changements génétiques massifs dans une partie du génome qui était censée être modifiée sans cicatrice. Le groupe de recherche de l'ETH Zurich a constaté que ces changements se traduisaient par la simple suppression de milliers et de milliers d'éléments constitutifs de l'ADN, connus sous le nom de bases. Des bras entiers de chromosomes se sont même détachés. Cela rend le génome instable, avec des conséquences imprévisibles pour les cellules modifiées par la technique.

«Lorsque nous avons analysé le génome aux endroits où il avait été modifié, il semblait correct et précis. Mais lorsque nous avons analysé le génome de manière plus générale, nous avons constaté des changements génétiques massifs. Ces changements ne sont pas visibles lorsque l'on analyse uniquement la courte section modifiée et son voisinage immédiat», explique Grégoire Cullot, postdoctorant dans le groupe de Jacob Corn et premier auteur de l'étude.

L'étendue des dommages est importante

L'ampleur des effets négatifs a surpris les scientifiques. En fait, elles et ils soupçonnent ne pas encore avoir une image complète de l'étendue des dommages parce qu'ils et elles n'ont pas examiné l'ensemble du génome lors de l'analyse des cellules modifiées, mais seulement des régions partielles.

De nouveaux tests, de nouvelles approches et de nouvelles réglementations sont donc nécessaires pour clarifier l'étendue et le potentiel des dommages.

La molécule AZD 7648 n'est pas inconnue. Elle fait actuellement l'objet d'essais cliniques en tant que traitement potentiel du cancer.

Mais comment les scientifiques de l'ETH Zurich ont-ils et elles pris conscience du problème ? Dans d'autres études, des scientifiques ont montré l'efficacité et la précision de l'édition de gènes par CRISPR-Cas9 lorsque l'AZD 7648 est ajouté. «Cela nous a rendus méfiants et nous avons donc regardé de plus près», explique Jacob Corn.

Le groupe de recherche de l'ETH Zurich a ensuite analysé la séquence des éléments constitutifs de l'ADN non seulement autour du site édité, mais aussi dans l'environnement plus large. Ils et elles ont découvert ces effets secondaires indésirables et catastrophiques provoqués par l'utilisation de l'AZD 7648.

Leur étude est la première à décrire ces effets secondaires. D'autres groupes de recherche les ont également étudiés et soutiennent les conclusions des chercheuses et chercheurs de l'ETH Zurich. Ces derniers ont également l'intention de publier leurs résultats. «Nous sommes les premiers et premières à dire que tout n'est pas merveilleux», déclare Jacob Corn. «Pour nous, il s'agit d'un revers majeur car, comme d'autres scientifiques, nous espérions utiliser cette nouvelle technique pour accélérer le développement des thérapies géniques.»

Le début de quelque chose de nouveau

Néanmoins, Jacob Corn estime qu'il ne s'agit pas de la fin, mais du début de nouvelles avancées dans le domaine de l'édition de gènes à l'aide des techniques CRISPR-Cas. «Le développement de toute nouvelle technologie est un chemin semé d'embûches. Un faux pas ne signifie pas que nous abandonnons la technologie».

Il est possible qu'à l'avenir, le danger puisse être écarté en utilisant non pas une seule molécule pour privilégier la réparation orientée vers l'homologie, mais un cocktail de différentes substances. «Il existe de nombreux candidats possibles. Nous devons maintenant déterminer les composants d'un tel cocktail afin de ne pas endommager le génome.»

Les thérapies géniques basées sur le système CRISPR-Cas ont déjà été utilisées avec succès dans la pratique clinique. Ces dernières années, par exemple, une centaine de patients et patientes souffrant de la maladie héréditaire de la drépanocytose ont été traités avec des thérapies basées sur le système CRISPR-Cas - sans AZD 7648. «Toutes les patientes et patients sont considérés comme guéris et n'ont pas d'effets secondaires», déclare Jacob Corn. «Je suis donc optimiste quant à la généralisation de ce type de thérapies géniques. La question est de savoir quelle est la bonne approche et ce que nous devons faire pour rendre la technique sûre pour le plus grand nombre de patients et patientes possible.»