Maladie génétique guérie à l'aide de l'édition du génome

Les parents de nouveau-nés connaissent peut-être le trouble métabolique phénylcétonurie. En Suisse, tous les nouveau-nés sont soumis à un dépistage de cette maladie génétique. Les enfants atteints de phénylcétonurie ont besoin d'un régime alimentaire spécial pour que l'acide aminé phénylalanine ne s'accumule pas dans le corps. Un excès de phénylalanine retarde le développement mental et moteur. En l'absence de traitement, les enfants peuvent souffrir d'un handicap mental important.

La cause de ce trouble métabolique est une mutation dans un gène qui fournit le modèle de l’enzyme phénylalanine hydroxylase (Pah). Cette enzyme, produite par les cellules du foie, métabolise la phénylalanine. La maladie est dite "autosomique récessive": l'enfant développe la maladie s'il hérite d'un gène muté de la mère et d'un gène du père. Il n'y a pas de remède pour ce trouble à ce jour.

Amélioration du système CRISPR / Cas9

Une équipe de chercheurs dirigée par Gerald Schwank, professeur à l'ETH, a mis à profit une méthode pour corriger les deux gènes mutés dans les cellules du foie et guérir ainsi la maladie. Ils ont réussi, au moins chez la souris.

À l'aide d'un système CRISPR / Cas9 prolongé d'une enzyme, les chercheurs ont modifié la séquence des blocs de construction de l'ADN pour le gène correspondant chez la souris adulte. Les cellules du foie ont ensuite été capables de produire des enzymes Pah fonctionnelles et les souris ont été guéries.

Le système CRISPR / Cas9 renforcé par l'enzyme cytidine désaminase se lie au locus du gène à corriger et ouvre localement les deux brins d'ADN. La désaminase convertit la paire de bases de l'ADN C-G, responsable de la maladie, en T-A, qui est la paire de bases qui se produit à cet endroit chez des individus en bonne santé. Ceci corrige l'erreur dans la séquence d'ADN de l'enzyme Pah.

Dans l'édition CRISPR / Cas traditionnelle, l'induction d'une coupure double brin dans l'ADN est l'élément central de l'édition du génome. Le double brin est coupé à un point défini et la cellule tente de réparer la coupe en utilisant divers mécanismes. Si une séquence d'ADN correspondante est ajoutée à la cellule de l'extérieur, cela permet à un mécanisme de réparation spécialisé de modifier avec précision la séquence génétique spécifique.

Le problème ici est que la plupart des cellules humaines utilisent principalement d'autres mécanismes de réparation de l'ADN qui produisent des mutations indésirables supplémentaires.

Édition plus génique du génome

Les chercheurs ont compris que le nouvel outil d'édition du génome est beaucoup plus efficace que la méthode traditionnelle CRISPR / Cas9: jusqu'à 60% des copies du gène comportant des erreurs dans le foie de la souris ont été corrigées. La concentration de phénylalanine a ainsi retrouvé son niveau normal et les animaux ne présentent plus aucun signe de la maladie après avoir été traités avec l'outil de modification du génome.

Pour transférer le code génétique du nouvel outil d'édition sur les cellules du foie, les chercheurs ont implanté les gènes nécessaires dans des virus adéno-associés et les ont injectés dans le sang des souris. Le virus a ensuite infecté les cellules du foie, introduisant ainsi les gènes de l'outil d'édition dans la cellule du foie.

Guérir d'autres maladies métaboliques

"Cette approche a un grand potentiel d'application chez l'homme", a déclaré Gerald Schwank. Cependant, cette étude n’est qu’une première preuve de concept. Des études cliniques sur d'autres modèles animaux devraient suivre afin de tester l'efficacité et la sécurité du nouvel outil d'édition du génome destiné à être utilisé chez l'homme.

Les méthodes précédentes d'édition du génome n'avaient qu'un succès limité à corriger les mutations cibles directement chez les animaux. Le taux de correction dans le foie des souris adultes était auparavant de seulement quelques pour cent, explique Schwank. "Ici, nous avons atteint des taux d'édition plusieurs fois supérieurs. Personne n'a réussi jusqu'ici."

Schwank estime que les risques sont faibles. Après avoir appliqué l'outil d'édition au modèle de souris, les chercheurs ont recherché des mutations non cibles, c'est-à-dire sur des sites où il ne devrait pas y avoir de mutations. Mais ils n'en ont trouvé aucune. Schwank aimerait examiner cela de plus près dans une étude de suivi. "Le foie humain se compose de plusieurs milliards de cellules. Nous ne voulons en aucun cas induire de mutations susceptibles de provoquer un cancer", souligne Schwank. Des tests sont également nécessaires pour déterminer si le virus adéno-associé utilisé par les chercheurs comme véhicule pour appliquer le gène de l'outil d'édition provoque des effets indésirables.

Se concentrer sur d'autres troubles métaboliques

"L'utilisation d'un éditeur de base a été la clé de notre succès", explique le candidat au doctorat et principal auteur de l'étude chez Schwank, Lukas Villiger. Ils ont été développés au Massachusetts Institute of Technology (MIT) et présentés il y a à peine deux ans dans un journal scientifique. Auparavant, les chercheurs de l'ETH travaillaient avec les approches traditionnelles CRISPR / Cas. En 2016, Schwank et Villiger ont commencé à utiliser les techniques développées par les chercheurs américains. "Même avec les nouveaux éditeurs de base, le chemin ne suivait toujours pas la ligne droite – nous avons dû bricoler un peu", dit Villiger. La plus grande surprise a été que ce système est bien plus efficace que la boîte à outils traditionnelle CRISPR / Cas.

Schwank est à la recherche de fonds pour mener des pistes sur d’autres modèles animaux tels que les porcs. "La taille et la structure du foie de la souris diffèrent de celles de l'homme ou du porc, nous devons donc étendre la portée de nos essais à d'autres organismes pour progresser."

La phénylcétonurie n'est pas le seul trouble génétique du métabolisme qui affecte le foie. Par exemple, les troubles du cycle de l'urée empêchent le corps d'éliminer l'ammoniac (sous-produit des aliments contenant de l'azote) du sang et de le transformer en urée. Cela se traduit principalement par des dysfonctionnements du système nerveux central. La seule option actuellement disponible pour guérir cette maladie est la greffe de foie. Par conséquent, Schwank aimerait tester le nouvel outil d'édition du génome pour de telles maladies.

Explorer plus loin:
La technologie d'édition du génome CRISPR peut corriger le déficit en alpha-1 antitrypsine

Plus d'information:
Lukas Villiger et al, Traitement d'une maladie hépatique métabolique par l'édition in vivo de la base du génome chez la souris adulte, Médecine de la nature (2018). DOI: 10.1038 / s41591-018-0209-1