CRISPR/Cas9: les ciseaux génétiques révolutionnaires récompensés par un prix nobel

Dans la nature, il y a toujours eu des proies et des prédateurs. Dans le monde microscopique des bactéries, les prédateurs, ou plutôt les envahisseurs, sont représentés par les bactériophages : ce sont des virus qui s'attaquent aux bactéries, dans lesquelles ils injectent leur propre matériel génétique pour commencer la réplication.

Pour se défendre contre ces attaques indésirables, les bactéries ont mis au point un système ingénieux : des "ciseaux" moléculaires extrêmement précis qui coupent l'ADN de l'envahisseur et l'inactivent, empêchant ainsi l'infection.

Plus surprenant encore, grâce au système CRISPR/Cas9, les bactéries sont capables de mémoriser génétiquement les infections déjà survenues, ce qui leur permet de répondre rapidement à une éventuelle seconde rencontre avec l'agent pathogène et de transmettre cette réponse à leur progéniture.

CRISPR/Cas9 (parfois appelé simplement CRISPR) est un complexe composé de deux parties qui, ensemble, ont pour fonction d'identifier le point souhaité sur l'ADN cible et de le couper.

En particulier :

• CRISPR intervient dans la reconnaissance des séquences à couper. Cette reconnaissance est absolument spécifique et a lieu grâce à une molécule d'ARN spéciale, appelée "ARN guide" (dont la séquence est complémentaire de celle du site à couper sur l'ADN), qui peut être facilement modifiée en laboratoire. Comme son nom l'indique, l'ARN guide "oriente" Cas9, l'autre composant du complexe, en lui indiquant où effectuer la coupure.
• Cas (suivi d'un chiffre, généralement 9) est une nucléase, c'est-à-dire une enzyme qui coupe l'ADN, et est en fait responsable de la coupure de la molécule cible. Une fois associé à Cas9, l'ARN guide agit comme une sorte d'"ancre", arrêtant Cas9 sur la séquence d'ADN désignée. Cas9, dont le nom signifie CRISPR-associé*, introduit une rupture de double hélice à l'endroit choisi, et peut être programmé pour apporter des modifications spécifiques au génome d'une cellule.

Une fois coupé, l'ADN peut être ajusté par les mécanismes de réparation naturels de la cellule ; sinon, grâce à des mesures appropriées, il est possible d'éliminer les séquences d'ADN nuisibles du génome cible ou de remplacer des séquences, par exemple en corrigeant les mutations à l'origine de maladies.

Plus précisément, pourquoi CRISPR/Cas9 est-elle une technique si révolutionnaire ? Pourquoi a-t-elle mérité le prix Nobel ? Quel est son potentiel ? Nous avons posé la question au Dr. Angelo Lombardo, Chef de groupe de l'Unité de Régulation Epigénétique et d'Edition Ciblée du Génome du Centre Hospitalier Universitaire San Raffaele (IRCCS) et chercheur à l'UniSR.

Le CRISPR/Cas9 est un système d'édition de gènes très polyvalent. Le complexe CRISPR/Cas9 induit une rupture dans la double hélice de l'ADN, activant ainsi des processus de réparation hautement conservés qui peuvent finalement conduire à l'inactivation du gène ciblé.

Ces processus peuvent également être exploités pour insérer de nouvelles informations génétiques dans le site cible de CRISPR/Cas9, ou pour corriger des mutations pathologiques. Une fois modifié, CRISPR/Cas9 peut également être utilisé pour délivrer des facteurs sur l'ADN qui activent ou inhibent l'expression des gènes.

L'avènement de CRISPR/Cas9 a révolutionné la recherche biomédicale, faisant de l'édition de gènes une procédure rapide et facile. D'un point de vue clinique, la précision de cette nouvelle forme de médecine moléculaire ouvre des perspectives intéressantes pour le traitement de nombreuses maladies.

Enfin, avec le prix Nobel, un long et vertueux parcours de recherche a été récompensé, qui a abouti à la caractérisation moléculaire du mécanisme d'action de CRISPR/Cas9 et aux premières démonstrations de l'utilisation de ce système pour l'édition ciblée de gènes.

Le système CRISPR/Cas9 est extrêmement polyvalent et facile à utiliser, ce qui le rend idéal pour de nombreuses applications. Celles-ci vont de la recherche biomédicale à la thérapie et au diagnostic, de la génération de modèles de maladies animales à la modification ciblée de gènes en agronomie et en zoologie.

Avant CRISPR/Cas9 (ou A.C., Avant CRISPR), il existait d'autres systèmes d'édition génétique ciblée. Parmi les plus efficaces, il convient de citer les nucléases à doigt de zinc (ou ZFN) et TALEN, deux systèmes d'édition génétique encore utilisés et déjà en clinique.

Contrairement à CRISPR/Cas9, les ZFN et les TALEN sont plus complexes à programmer, et donc moins répandus. Cependant, leur utilisation dépasse largement celle de CRISPR/Cas9. Les dix années de recherche et d'expérience clinique acquises avec les ZFN et les TALEN ont permis un développement rapide de CRISPR/Cas9.