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La technologie basée sur CRISPR nouvelle peut mener aux traitements épigénétiques puissants

Les scientifiques ont figuré à l'extérieur comment modifier l'architecture fondamentale de CRISPR pour étendre son extension au delà du génome et dans ce qui est connu comme epigenome -- protéines et petites molécules qui enclenchent sur l'ADN et règlent quand et où les gènes sont mise en marche/arrêt commuté.

Dans un publié de papier le 9 avril 2021, dans la cellule de tourillon, les chercheurs chez Uc San Francisco et le Whitehead Institute décrivent un outil basé sur CRISPR nouvel « CRISPRoff appelé, » qui permet à des scientifiques de couper presque n'importe quel gène en cellules humaines sans effectuer un unique édite à code génétique. Les chercheurs prouvent également qu'une fois qu'un gène est coupé, il reste inerte dans les descendants des cellules pour des centaines de rétablissements, à moins qu'il soit commuté de retour en circuit avec un outil complémentaire CRISPRon appelé, également décrit dans le papier.

Puisque l'epigenome joue un rôle central dans beaucoup de maladies, de viral infection au cancer, technologie de CRISPRoff peut un jour mener aux traitements épigénétiques puissants. Et puisque cette approche ne concerne pas n'importe quel ADN édite, il est susceptible d'être plus sûr que la thérapeutique conventionnelle de CRISPR, qui a été connu pour entraîner les modifications non désirées et potentiellement nuisibles au génome.

Bien que les traitements génétiques et cellulaires soient le contrat à terme du médicament, il y a des préoccupations potentielles de sécurité autour de changer de manière permanente le génome, qui est pourquoi nous essayons de proposer d'autres voies d'employer CRISPR pour traiter la maladie. »

Luc Gilbert, PhD, professeur au centre de lutte contre le cancer complet de famille de Hélène Diller d'UCSF et auteur de Co-Sénior du papier neuf

CRISPR de transformation de génome à l'éditeur d'epigenome

CRISPR conventionnel est équipé de deux pièces de visserie moléculaire qui lui effectuent un outil efficace de gène-retouche. Une composante est une enzyme de ADN-coupe, qui donne à CRISPR la capacité de modifier des séquences d'ADN. L'autre est un dispositif voyageur qui peut être programmé pour mettre à zéro dedans sur n'importe quelle séquence d'ADN d'intérêt, transmettant le contrôle précis d'où édite sont effectués.

Pour établir CRISPRoff, les chercheurs dispensés avec de l'enzyme de ADN-coupe de CRISPR conventionnel fonctionnent tout en maintenant le dispositif voyageur, produisant un CRISPR épuré capable de viser n'importe quel gène, mais de ne pas l'éditer. Alors ils ont attaché une enzyme au ce les minis-PC CRISPR. Mais plutôt que l'ADN de épissure, cette enzyme agit sur l'epigenome.

L'outil neuf vise une caractéristique épigénétique particulière connue sous le nom de méthylation d'ADN, qui est l'une de beaucoup de parties moléculaires de l'epigenome. Quand l'ADN est méthylé, une petite balise chimique connue sous le nom de groupe méthylique est apposée à l'ADN, qui amortit les gènes avoisinants. Bien que la méthylation d'ADN se produise naturellement en toutes les cellules mammifères, CRISPRoff offre à des scientifiques le contrôle sans précédent de ce procédé. Un autre outil décrit dans le papier, CRISPRon appelé, retire des repères de méthylation déposés par CRISPRoff, rendant le procédé entièrement réversible.

« Maintenant nous avons un outil simple qui peut amortir l'immense majorité de gènes, » avons dit le membre Jonathan Weissman, de PhD, de Whitehead Institute, l'auteur de Co-sénior du papier neuf et un membre de la faculté de l'ancien UCSF. « Nous pouvons faire ceci pour les familles multigéniques en même temps sans n'importe quels dégâts d'ADN, et d'une manière dont peut être renversé. C'est un outil grand pour régler l'expression du gène. »

« La surprise principale » retourne un principe fondamental d'epigenetics

Basé sur des anciens travaux par un groupe en Italie, les chercheurs étaient confiants que CRISPRoff pourrait amortir les gènes spécifiques, mais ils ont soupçonné qu'environ 30 pour cent de gènes humains soient insensibles à l'outil neuf.

L'ADN se compose de quatre lettres génétiques -- A, C, G, T -- mais, généralement seulement le Cs à côté du Gs peut être méthylé. Pour compliquer des sujets, les scientifiques ont longtemps considéré que la méthylation pourrait seulement amortir des gènes aux sites dans le génome où les séquences de CG. sont hautement concentrées, régions connues sous le nom de « îles de CpG. »

Puisque presque un tiers des gènes humains manquent des îles de CpG, les chercheurs ont supposé que la méthylation ne couperait pas ces gènes. Mais leurs expériences de CRISPRoff ont retourné ce dogme épigénétique.

« Ce qui a été pensée avant que ce travail ait été que les 30 pour cent de gènes qui n'ont pas des îles de CpG n'ont pas été réglés par la méthylation d'ADN, » a dit Gilbert. « Mais notre travail prouve clairement que vous n'exigez pas d'une île de CpG d'arrêter des gènes par méthylation. Ce, à moi, était une surprise importante. »

L'hérédité épigénétique améliore la possibilité thérapeutique de CRISPRoff

Les éditeurs épigénétiques faciles à utiliser comme CRISPRoff ont la possibilité thérapeutique énorme, dans la grande partie parce que, comme le génome, l'epigenome peut être hérité.

Quand CRISPRoff amortit un gène, non seulement le gène reste hors circuit dans la cellule traitée, il reste également hors circuit dans les descendants de la cellule pendant qu'il se divise, pour l'autant d'en tant que 450 rétablissements.

À la surprise des chercheurs, ceci a jugé vrai même en mûrissant des cellules souche. Bien que le passage de la cellule souche à la cellule adulte différenciée concerne refaire l'installation électrique significatif de l'epigenome, les repères de méthylation déposés par CRISPRoff étaient loyalement hérités en une part significative de cellules qui ont effectué ce passage.

Ces découvertes proposent que CRISPRoff doive seulement être administré une fois pour avoir des effets thérapeutiques durables, lui effectuant une approche prometteuse pour traiter des affections génétiques rares -- y compris le syndrome de Marfan, qui affecte le tissu conjonctif, le syndrome de la fonction, un trouble du système immunitaire, et certains types de cancer -- cela sont provoqués par l'activité d'une copie endommagée unique d'un gène.

Les chercheurs ont noté que bien que CRISPRoff soit exceptionnellement prometteur, davantage de travail est nécessaire pour réaliser sa pleine possibilité thérapeutique. Qui vivra verra si CRISPRoff et technologies assimilées sont en effet « le contrat à terme du médicament. »

Source:
Journal reference:

Nuñez, J.K., et al. (2021) Genome-wide programmable transcriptional memory by CRISPR-based epigenome editing. Cell. doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.025.