Hiraizumi, et. Al.
Bien que CRISPR soit probablement la technologie d’édition génétique la plus importante, il en existe d’autres, certaines développées avant et depuis. Et les gens ont développé des variantes de CRISPR pour exécuter des fonctions plus spécialisées, comme modifier des bases spécifiques. Dans tous ces cas, les chercheurs tentent d’équilibrer un certain nombre de facteurs concurrents : commodité, flexibilité, spécificité et précision de l’édition, faibles taux d’erreur, etc.
Ainsi, disposer d’options d’édition supplémentaires peut être une bonne chose, permettant de nouvelles façons d’équilibrer ces différents besoins. Mercredi, deux articles parus dans Nature décrivent un parasite basé sur l’ADN qui se déplace autour des génomes bactériens par un mécanisme qui n’a pas encore été décrit. Il est loin d’être prêt à être utilisé chez l’homme, mais il pourrait présenter certaines caractéristiques distinctives qui mériteraient d’être développé davantage.
Devenir mobile
Les éléments génétiques mobiles, communément appelés transposons, sont assez courants chez de nombreuses espèces : ils constituent par exemple près de la moitié des séquences du génome humain. Ils sont en effet mobiles, apparaissant dans de nouveaux emplacements à travers le génome, parfois en se coupant et en sautant vers de nouveaux emplacements, d’autres fois en envoyant une copie vers un nouvel endroit du génome. Pour que tout cela fonctionne, ils doivent disposer d’une enzyme qui coupe l’ADN et reconnaît spécifiquement la bonne séquence de transposon à insérer dans la coupure.
La spécificité de cette interaction, nécessaire pour garantir que le système insère uniquement de nouvelles copies de lui-même, ainsi que la découpe de l’ADN, sont des fonctionnalités que nous aimerions pour l’édition génétique, qui accorde de la valeur à une meilleure compréhension de ces systèmes.
Les génomes bactériens ont tendance à avoir très peu de transposons – l’ADN supplémentaire n’est pas vraiment conforme à l’approche de reproduction bactérienne consistant à « copier tout l’ADN le plus rapidement possible lorsqu’il y a de la nourriture à proximité ». Pourtant, les transposons bactériens existent, et une équipe de scientifiques basée aux États-Unis et au Japon en a identifié un présentant une caractéristique plutôt inhabituelle. Comme étape intermédiaire dans le déplacement vers un nouvel emplacement, les deux extrémités du transposon (appelé IS110) sont reliées entre elles pour former un morceau circulaire d’ADN.
Dans leur forme circulaire, les séquences d’ADN à la jonction agissent comme un signal qui indique à la cellule de créer une copie d’ARN de l’ADN voisin (appelée « promoteur »). Lorsqu’ils sont linéaires, chacun des deux morceaux d’ADN de chaque côté de la jonction n’a pas la capacité d’agir comme un signal ; cela ne fonctionne que lorsque le transposon est circulaire. Et les chercheurs ont confirmé qu’il existe bien un ARN produit par la forme circulaire, bien que l’ARN ne code pour aucune protéine.
L’équipe de recherche a donc étudié plus de 100 parents différents de l’IS110 et a découvert qu’ils pouvaient tous produire des ARN non codants similaires, qui partageaient tous certaines caractéristiques clés. Il s’agissait notamment de segments où des sections proches de l’ARN pouvaient s’apparier les unes aux autres, laissant une boucle d’ARN non appariée entre les deux. Deux de ces boucles contenaient des séquences qui s’appariaient soit avec le transposon lui-même, soit sur les sites de l’ARN. E. coli génome où il s’est inséré.
Cela suggère que l’ARN produit par la forme circulaire du transposon a aidé à agir comme un guide, garantissant que l’ADN du transposon était spécifiquement utilisé et inséré uniquement à des endroits précis du génome.
Édition sans précision
Pour confirmer cette hypothèse, les chercheurs ont mis au point un système dans lequel le transposon produirait une protéine fluorescente lorsqu’il serait correctement inséré dans le génome. Ils ont ainsi démontré que des mutations dans la boucle qui reconnaît le transposon empêcheraient son insertion dans le génome et qu’il était possible de le diriger vers de nouveaux emplacements du génome en modifiant les séquences de reconnaissance dans la deuxième boucle.
Pour montrer que cela était potentiellement utile pour l’édition génétique, les chercheurs ont bloqué la production du propre ARN du transposon et lui ont administré un ARN de remplacement qui a fonctionné. Ainsi, vous pourriez potentiellement utiliser ce système pour insérer des séquences d’ADN arbitraires à des emplacements arbitraires d’un génome. Il pourrait également être utilisé pour cibler les ARN qui provoquent la suppression de séquences d’ADN spécifiques. Tout cela est potentiellement très utile pour l’édition génétique.
Insistez sur « potentiellement ». Le problème est que les séquences de ciblage dans les boucles sont assez courtes, le site d’insertion étant ciblé par une séquence de reconnaissance qui ne fait que quatre à sept bases. À l’extrémité courte de cette plage, on s’attendrait à ce qu’une chaîne aléatoire de bases ait un site d’insertion environ une fois toutes les 250 bases.
Cette spécificité relativement faible a été démontrée. Dans les expériences les plus avancées, la précision d’insertion pouvait aller de 94 %, ce qui est presque utile, jusqu’à 50 %, ce qui est carrément menaçant. Pour les expériences de suppression, la précision la plus basse était de 32 %, ce qui est catastrophique. Ainsi, même si ce système présente certaines caractéristiques d’un système d’édition génétique intéressant, il reste encore beaucoup de travail à faire avant qu’il puisse exploiter ce potentiel. Il est possible que ces boucles de reconnaissance puissent être allongées pour ajouter le type de spécificité qui serait nécessaire pour éditer les génomes des vertébrés, mais nous ne le savons tout simplement pas à ce stade.