L'utilisation de CRISPR pour déterminer si les variantes génétiques sont à l'origine du cancer

Ces dernières années, les scientifiques ont créé une série de nouvelles méthodes basées sur la technologie CRISPR-Cas pour modifier avec précision le matériel génétique des organismes vivants. L'une des applications est la thérapie cellulaire : les cellules immunitaires d'un patient ou d'une patiente peuvent être spécifiquement reprogrammées pour lutter plus efficacement contre le cancer.

Les chercheuses et chercheurs du département de science et d'ingénierie des biosystèmes de l'ETH Zurich à Bâle ont maintenant trouvé une autre application pour ces nouvelles méthodes CRISPR-Cas : sous la direction de Randall Platt, professeur à l'ETH Zurich, les scientifiques les utilisent pour déchiffrer comment les mutations dans le génome d'une cellule affectent sa fonction. La séquence des éléments constitutifs de l'ADN dans les cellules tumorales, par exemple, diffère de celle des cellules saines. Grâce à cette nouvelle approche, les scientifiques peuvent générer des dizaines de milliers de cellules avec différentes variantes génétiques dans des boîtes de Pétri. Ils et elles peuvent ensuite déterminer lesquelles de ces variantes contribuent au développement du cancer et lesquelles rendent les cellules cancéreuses résistantes aux médicaments courants.

Combinaison de deux méthodes

Les scientifiques avaient déjà la possibilité de modifier individuellement le génome des cellules. Mais le projet des chercherses et chercheurs de l'ETH Zurich était beaucoup plus complexe : ils et elles ont modifié un gène dans deux lignées de cellules humaines de plus de 50'000 manières différentes, créant ainsi un grand nombre de variantes cellulaires, et ont ensuite testé la fonction de ces cellules. Pour leur démonstration de faisabilité, elles et ils ont travaillé avec le gène EGFR, qui joue un rôle central dans le développement de divers types de cancer, notamment le cancer du poumon, le cancer du cerveau et le cancer du sein.

Randall Platt et son équipe ont combiné deux méthodes CRISPR-Cas pour produire un grand nombre de variantes de ce gène. Ces deux méthodes ont été développées ces dernières années par des chercheuses et chercheurs du MIT et de l'Université de Harvard aux États-Unis, et présentent toutes deux des avantages et des inconvénients. L'une de ces méthodes, l'édition de bases, permet de modifier très facilement et de manière fiable des éléments constitutifs de l'ADN, appelés bases. Toutefois, les possibilités de l'édition de base sont limitées : elle permet généralement de remplacer la base d'ADN C par la base T, ou la base A par la base G.

Plusieurs dizaines de milliers de cellules modifiées

La deuxième méthode utilisée par les scientifiques est l'édition primaire. En théorie, cette méthode est très puissante : semblable à la fonction «rechercher et remplacer» d'un programme de traitement de texte, elle permet de modifier des séquences individuelles de code génétique de manière ciblée. «Nous pouvons l'utiliser pour remplacer une base d'ADN par une autre. Nous pouvons également insérer, disons, trois ou dix bases dans le génome ou en supprimer le même nombre», explique Randall Platt. «En principe, on peut en faire ce que l'on veut.»

Cependant, l'édition primaire ne fonctionne pas de manière fiable. Il a donc été difficile de l'utiliser pour créer un pool entier de plusieurs dizaines de milliers de cellules modifiées différemment, qui pourraient ensuite être soumises à un dépistage. Randall Platt et son équipe y sont parvenus.

Important pour l'oncologie

Les pools de cellules présentant différentes variantes génétiques sont essentiels pour la recherche. En effet, les oncologues analysent de plus en plus l'information génétique contenue dans les cellules tumorales des patients, base par base. Ces informations leur donnent souvent des indices sur le médicament qui pourrait être efficace pour un patient donné.

Ces dernières années, les scientifiques ont constitué des bases de données contenant des milliers de variantes génétiques différentes trouvées chez les patientes et patients. Pour environ la moitié de ces variantes, les bases de données contiennent également une description détaillée de leurs effets. Pour l'autre moitié, tout ce que l'on sait, c'est qu'ils sont présents chez les patients et patientes ; l'impact qu'ils ont, le cas échéant, sur le développement ou le traitement du cancer n'est pas clair. Les scientifiques parlent de «variants de signification incertaine». Si un médecin trouve une telle variante chez un patient ou une patiente, cette information ne lui est guère utile.

Les chercheuses et chercheurs sont convaincus que l'oncologie gagnerait énormément à disposer de plus d'informations sur ces variantes. C'est pourquoi ils et elles tentent de produire en laboratoire des cellules présentant ces variantes génétiques, afin de pouvoir ensuite analyser la fonction de ces cellules. Ces dernières années, les scientifiques ont beaucoup travaillé pour se préparer à cette éventualité. Elles et ils avaient déjà la possibilité d'utiliser l'édition de bases comme méthode, mais le problème était que l'édition de bases seule n'était pas suffisante. «Elle ne permet de produire qu'un dixième de ces variantes», explique Olivier Belli, doctorant dans le groupe de Randall Platt et premier auteur de l'étude avec Kyriaki Karava, étudiante en master.

Nouvelles variantes pertinentes trouvées

Afin de générer systématiquement des cellules présentant pratiquement toutes les variantes possibles du gène EGFR, Randall Platt et son équipe ont d'abord identifié les régions de ce gène qui sont pertinentes pour le cancer. Il s'agit de régions dans lesquelles des mutations provoquent la transformation d'une cellule saine en cellule cancéreuse ou rendent une cellule cancéreuse résistante ou, au contraire, sensible à un médicament. Comme il n'est pas possible de créer toutes ces variantes de gènes à l'aide de l'édition de bases, les scientifiques ont eu recours à l'autre méthode, l'édition de primitives.

Enfin, les chercheurs et chercheuses ont analysé ces cellules. Pour dix variantes du gène EGFR dont l'effet sur la progression du cancer était jusqu'à présent incertain, elles et ils ont pu apporter la preuve de leur importance et la décrire : certaines de ces variantes peuvent jouer un rôle dans l'apparition du cancer, tandis que d'autres peuvent le rendre résistant à certains médicaments. Au cours de cette étude, les scientifiques de l'ETH Zurich ont également découvert un mécanisme potentiellement nouveau par lequel une mutation du gène EGFR peut provoquer un cancer. En outre, ils et elles ont trouvé six variantes de gènes qui semblent jouer un rôle dans le cancer mais qui n'avaient jamais été décrites - en d'autres termes, des variantes de gènes totalement nouvelles et pertinentes.

Le gène EGFR n'est qu'un des centaines de gènes humains associés au cancer. Cette nouvelle approche de recherche est maintenant prête à décoder les variantes de signification incertaine dans tous les autres gènes également.