Des exosomes ingénierés avec un système de livraison de protéines photoinductible permettent l'édition épigénomique basée sur CRISPR-Cas dans la maladie d'Alzheimer

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Édition épigénomique basée sur CRISPR-Cas dans la maladie d’Alzheimer : exosomes modifiés avec un système de délivrance de protéines photo-inductible optimisé

Introduction

La maladie d’Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative courante caractérisée par un déclin progressif des fonctions cognitives et de la mémoire, avec des options de traitement actuellement limitées. Les technologies d’édition génomique, telles que CRISPR-Cas9, et l’édition épigénomique ont montré un grand potentiel dans le traitement de diverses maladies. Cependant, la délivrance efficace de ces protéines fonctionnelles à l’intérieur des cellules reste un défi majeur. Les exosomes, des vésicules nanométriques naturellement sécrétées par les cellules, peuvent servir de vecteurs pour la délivrance de biomolécules thérapeutiques, offrant des avantages tels que la stabilité, une haute biocompatibilité et une faible immunogénicité.

Source de l’étude

Cet article a été publié dans “Science Translational Medicine” le 7 août 2024, intitulé “Engineered Exosomes with a Photoinducible Protein Delivery System Enable CRISPR-Cas–Based Epigenome Editing in Alzheimer’s Disease”. Cette recherche a été menée par Jihoon Han, Jae Hoon Sul, Jeongmi Lee et al., affiliés à l’Université Sungkyunkwan et plusieurs autres institutions de recherche.

Processus de recherche

Ingénierie des exosomes et système de libération de protéines photo-inductible

  1. Conception des exosomes modifiés :

    • L’équipe de recherche a conçu un système appelé MAPLEX (mMaple3-mediated protein loading and release system). Ce système charge la protéine cargo dans les exosomes en fusionnant la protéine cargo avec une protéine photoclivable (mMaple3) et un marqueur de membrane exosomale (comme CD9).
    • mMaple3 peut être clivé sous lumière bleue à 405nm, libérant ainsi la protéine cargo.

  2. Expériences in vitro :

    • Dans les expériences in vitro, les chercheurs ont d’abord délivré les facteurs de transcription Oct4 et Sox2 aux fibroblastes pour observer leur fonction de régulation transcriptionnelle.
    • Les résultats d’imagerie par fluorescence et de Western blot ont montré que le système pouvait efficacement libérer les protéines des exosomes, entrer dans les cellules réceptrices et exercer leurs fonctions dans le noyau.

  3. Expériences in vivo chez la souris :

    • Dans les expériences in vivo, les chercheurs ont délivré la recombinase Cre à des souris rapporteuses Cre pour vérifier sa fonction de recombinaison génétique. L’injection intraveineuse et l’administration intranasale ont confirmé que le système pouvait efficacement délivrer la protéine Cre pour la recombinaison génétique.

  4. Édition épigénomique :

    • Enfin, l’équipe a mené des expériences sur des modèles de souris Alzheimer (5xFAD et 3xTg-AD), en incorporant un ARN guide simple (sgRNA) ciblant le promoteur de BACE1 dans un complexe ribonucléoprotéique dCas9 désactivé, réalisant une édition épigénomique par administration intranasale.
    • Les résultats ont montré une augmentation significative du niveau de méthylation de l’ADN à des sites génomiques spécifiques, une diminution de l’expression de BACE1, une amélioration des déficits cognitifs et mnésiques chez les souris, et une réduction des caractéristiques pathologiques Aβ.

Résultats de la recherche

  1. Délivrance ciblée de protéines :

    • L’équipe a réalisé une libération précise de protéines induite par la lumière bleue, mMaple3 étant clivé sous lumière, libérant la protéine cargo des exosomes.
    • L’imagerie par fluorescence a prouvé que les protéines étaient délivrées avec succès dans le noyau cellulaire et exerçaient leurs fonctions régulatrices.

  2. Recombinaison génétique :

    • La recombinase Cre a été délivrée avec succès au foie des souris rapporteuses Cre, l’imagerie par fluorescence montrant l’expression du gène tdTomato, prouvant la réussite de la recombinaison génétique.
    • L’administration intranasale a également réussi à délivrer Cre à des régions spécifiques du cerveau, démontrant que le système MAPLEX peut efficacement traverser la barrière hémato-encéphalique.

  3. Édition épigénomique :

    • Le système MAPLEX a réussi à délivrer le complexe dCas9-D3A avec sgRNA, augmentant le niveau de méthylation du promoteur de BACE1.
    • Les expériences intra- et inter-groupes ont montré une diminution de l’expression de BACE1, une réduction des caractéristiques pathologiques Aβ et une amélioration des fonctions cognitives dans les modèles de souris Alzheimer.

Signification et valeur de la recherche

Cette étude démontre pour la première fois le succès de l’édition épigénomique dans un modèle de maladie d’Alzheimer utilisant des exosomes modifiés et un système de libération de protéines photo-inductible. Cela ouvre non seulement de nouvelles perspectives pour le traitement de la maladie d’Alzheimer, mais montre également le potentiel du système MAPLEX dans le traitement d’autres maladies. Ce système permet une délivrance de protéines efficace et précise, ce qui a une valeur d’application importante pour l’édition génique et épigénomique future.

Points forts de la recherche

  1. Système innovant de délivrance de protéines :
    • Utilisation de mMaple3 combiné à une libération de protéines photo-inductible, résolvant les problèmes de chargement et de libération des méthodes traditionnelles de délivrance de protéines.
  2. Applications multifonctionnelles :
    • Le système peut non seulement délivrer des facteurs de transcription, mais aussi réaliser une recombinaison génétique et une édition épigénomique, offrant des possibilités pour le traitement futur de diverses maladies.
  3. Traversée de la barrière hémato-encéphalique :
    • L’administration intranasale a réussi à délivrer des protéines au cerveau, fournissant une nouvelle méthode pour le traitement des maladies du système nerveux.

Cet article, à travers un système innovant de délivrance de protéines photo-inductible, a réalisé une édition épigénomique dans un modèle de souris Alzheimer, démontrant son large potentiel d’application et ses perspectives importantes de translation clinique.