Développement de systèmes d'éditeurs de bases orthogonaux multiplexés (MOBE)
Ces dernières années, avec le développement rapide des outils d’édition génétique, en particulier l’introduction du système CRISPR-Cas9, il est devenu possible de modifier avec précision des séquences d’ADN spécifiques. Actuellement, l’introduction de variations à un seul nucléotide (Single-Nucleotide Variants, SNVs) est devenue un outil puissant pour étudier les fonctions génétiques et les associations aux maladies, notamment dans le domaine de la médecine de précision. Les outils d’édition génétique existants ont déjà montré une efficacité significative en matière d’édition ciblée, mais lorsqu’il s’agit de mutations ponctuelles multiples, des défis se présentent souvent, nécessitant alors l’utilisation de systèmes d’édition multiplexés pour améliorer l’efficacité.
L’équipe de recherche de Quinn T. Cowan, Sifeng Gu, Wanjun Gu, Brodie L. Ranzau, Tatum S. Simonson et Alexis C. Komor, de l’Université de Californie à San Diego, a publié une étude innovante dans la revue « Nature Biotechnology ». Cette équipe a réussi à développer un système d’édition génétique orthogonal multiplexé (MOBE) pour réaliser une édition concurrente et précise sur une même chaîne d’ADN.
Le système MOBE utilise des systèmes de protéines aptamères ARN pour le multiplexage orthogonal des ARN guides, résolvant ainsi les problèmes d’interactions guidées par l’ARN des systèmes d’édition génétique existants et améliorant la spécificité et l’efficacité de l’édition. Dans cette étude, en sélectionnant et en optimisant deux principaux éditeurs de bases — les désaminases (telles que les BE de cytidine et les BE d’adénine) — quatre systèmes différents de MOBE ont été créés. Ces systèmes peuvent atteindre un taux d’édition concomitante précis allant jusqu’à 7,1 % dans les cellules humaines sans nécessiter de stratégies d’enrichissement ou de sélection. En utilisant des stratégies d’enrichissement par fluorescence, ce taux peut être augmenté à 24,8 %.
Dans cette recherche, en utilisant les interactions entre les aptamères ARN et les protéines de revêtement, les chercheurs ont directement recruté des enzymes de modification de l’ADN sur l’ARN guide souhaité, réalisant ainsi une conversion de base multi-points sous un contrôle d’orthogonalité strict. En étendant l’utilisation de motifs adjacent de protospacer (PAM) et de variantes Cas9 à haute fidélité, le système MOBE a montré un potentiel considérable dans l’application à différents types de cellules, l’élargissement de la portée de ciblage et l’amélioration de la qualité de l’édition. Ce résultat de recherche promeut de manière significative l’application de la construction de modèles SNV multi-points dans les études de maladies humaines, offrant de nouvelles perspectives et outils pour la compréhension des mécanismes moléculaires des maladies multigéniques et l’analyse fonctionnelle des variations inconnues.
De plus, suite au développement de ce système d’édition, l’équipe de recherche a évalué l’orthogonalité et a constaté que par rapport aux systèmes non orthogonaux traditionnels, le système MOBE montrait une amélioration en moyenne de 19 fois de l’orthogonalité. Cet outil nouveau représente également une conception modulaire, facilitant son utilisation en combinaison avec d’autres variantes de CRISPR-Cas9 (telles que ncas9-ng, ncas9-spry ou hifi-ncas9), et présentant une activité de modification de l’ADN et de l’ARN hors cible inférieure par rapport aux composants de base.
En validant son applicabilité et son efficacité dans plusieurs types de cellules, y compris les cellules HeLa et SH-SY5Y, le système MOBE a réalisé des avancées significatives non seulement dans la technologie d’édition génétique, mais aussi dans les projets de modification génomiques multi-objectifs, efficaces et à faible coût. Il offre des perspectives prometteuses pour la recherche sur les maladies génétiques complexes et les études fondamentales et cliniques de la thérapie génique.
Le système MOBE développé dans cette recherche fournit un outil efficace pour réaliser des conversions de bases multi-points, augmentant la capacité des chercheurs à étudier les fonctions des variations spécifiques dans des contextes génétiques complexes. Cette rupture technologique possède un potentiel d’application très vaste dans les domaines de la médecine de précision, de la conception de génomes artificiels et de la thérapie génique, posant ainsi de solides fondations pour les futures améliorations et optimisations des technologies associées.