CRISPR et l'édition du génome

Comment les nucléases programmables, en particulier les systèmes CRISPR–Cas guidés par ARN, réalisent des coupures ciblées dans l'ADN, permettant aux chercheurs d'éditer les génomes avec une facilité sans précédent.

Definition

L'édition du génome est l'altération ciblée de l'ADN d'un organisme à des sites choisis à l'aide de nucléases programmables ; CRISPR–Cas est un système guidé par ARN, dérivé de l'immunité bactérienne, dans lequel un ARN guide dirige la nucléase Cas vers une séquence d'ADN correspondante pour créer une cassure double brin en vue de l'édition.

Scope

Ce sujet traite de l'édition ciblée du génome, centrée sur CRISPR–Cas. Il aborde l'origine bactérienne de CRISPR en tant que système immunitaire adaptatif, le principe du clivage de l'ADN guidé par ARN par Cas9, la manière dont la cassure résultante est réparée pour supprimer ou insérer une séquence, et un bref contraste avec les nucléases programmables antérieures. Il traite de la méthode et de sa logique ; les méthodes plus larges de clonage, d'amplification et de séquençage sont couvertes dans des sujets complémentaires.

Core questions

• D'où vient CRISPR et quelle est sa fonction naturelle ?
• Comment un ARN guide dirige-t-il Cas9 vers une séquence d'ADN spécifique ?
• Comment la cassure double brin est-elle utilisée pour supprimer ou insérer une séquence ?
• Comment CRISPR se compare-t-il aux outils d'édition du génome antérieurs ?

Key theories

Clivage de l'ADN guidé par ARN

Jinek et ses collaborateurs ont montré que la nucléase Cas9 peut être programmée par un seul ARN guide pour couper toute séquence d'ADN correspondante, transformant ainsi un système immunitaire bactérien en un outil d'édition polyvalent et facilement ciblable.

Édition dirigée par la réparation

La cassure double brin créée au niveau de la cible est réparée par les propres voies de la cellule, de sorte que la jonction d'extrémités sujette aux erreurs perturbe un gène ou que la réparation dirigée par homologie introduit un changement défini fourni par un modèle.

Mechanisms

Dans l'édition CRISPR–Cas, un ARN guide s'apparie par complémentarité de bases avec une séquence d'ADN cible adjacente à un court motif de reconnaissance, dirigeant la nucléase Cas pour couper les deux brins à cet endroit. La cellule répare ensuite la cassure : la jonction d'extrémités non homologues (NHEJ) introduit souvent de petites insertions ou délétions qui inactivent un gène, tandis que la réparation dirigée par homologie (HDR), en présence d'un modèle donneur, permet d'installer un changement de séquence précis. Étant donné que la spécificité est déterminée simplement par la séquence de l'ARN guide, le système est beaucoup plus facile à recibler que les nucléases programmées par des protéines antérieures.

Clinical relevance

L'édition du génome est en cours de développement pour les thérapies géniques et cellulaires et constitue un outil de recherche standard, bien que son utilisation chez l'homme soulève d'importantes considérations éthiques ; ceci est présenté comme une signification plutôt que comme une directive clinique.

History

S'appuyant sur la découverte que les loci CRISPR forment un système immunitaire adaptatif bactérien, la démonstration en 2012 par Doudna et Charpentier que Cas9 peut être programmé avec un seul ARN guide a établi l'édition du génome par CRISPR, reconnue par le prix Nobel de chimie en 2020.

Debates

Édition du génome germinal humain

L'édition des cellules héréditaires soulève des préoccupations éthiques et de sécurité concernant le consentement, les effets hors cible et l'équité ; la communauté scientifique a appelé à la prudence tandis que les applications aux cellules non héréditaires progressent.

Key figures

• Jennifer Doudna
• Emmanuelle Charpentier

Seminal works

• jinek2012
• watson2013

Frequently asked questions

Quel est le rôle de l'ARN guide dans CRISPR ?

Il s'apparie par complémentarité de bases avec une séquence d'ADN correspondante et dirige la nucléase Cas pour couper à cet endroit, de sorte que changer l'ARN guide modifie la cible.

Comment la coupure de l'ADN aboutit-elle à une édition ?

La cellule répare la cassure ; selon la voie de réparation et tout modèle fourni, cela perturbe le gène ou introduit un changement précis et intentionnel.