L’idée de l’édition génétique auto-amplifiée est d’amener les cellules à transmettre des paquets de machines CRISPR à leurs voisins, renforçant ainsi l’effet.
Illustration du complexe d'édition de gènes CRISPR-Cas9 (rose et violet) lié à l'ADN (hélice)
Imaginez si, au lieu de livrer un dépliant individuellement à chaque domicile, un postier devait simplement en donner un à un bénévole de chaque pâté de maisons, qui le photocopierait ensuite et en distribuerait des exemplaires aux voisins. De cette façon, cet employé des postes ferait parvenir des tracts à un nombre considérablement plus grand de foyers. Les biologistes espèrent qu’une approche similaire pourrait permettre à l’édition génétique de mieux traiter toutes sortes de pathologies.
L’idée est que chaque cellule du corps qui reçoit la livraison initiale fera de nombreuses copies du mécanisme d’édition des gènes et transmettra la plupart d’entre elles à ses voisines, amplifiant ainsi l’effet. Cela signifie que des modifications corrigeant la maladie pourraient être apportées à l’ADN d’un plus grand nombre de cellules.
Lors de tests sur des souris, Wayne Ngo de l'Université de Californie à Berkeley et ses collègues – dont Jennifer Doudna, pionnière de l'édition de gènes CRISPR – ont réussi à tripler le nombre de cellules hépatiques modifiées à l'aide de cette approche.
« Essentiellement, ce que nous faisons, c'est que nous ordonnons à la première cellule qui reçoit nos instructions de fabriquer une petite particule lipidique qui l'emballe (la machinerie CRISPR), afin que cette première cellule devienne une usine qui puisse ensuite expédier ces petits paquets à d'autres cellules », explique Ngo.
Le premier traitement CRISPR approuvé, pour la drépanocytose, consiste à prélever les cellules souches sanguines d'un individu et à les modifier à l'extérieur du corps avant de les remplacer. Mais il s’agit d’un traitement personnalisé et donc extrêmement coûteux. Un certain nombre d’essais en cours impliquent plutôt l’édition directe des cellules du corps, à l’aide d’un éditeur de gènes qui fonctionnera pour de nombreuses personnes.
Le grand défi consiste à trouver des moyens de transmettre la machinerie CRISPR à une proportion suffisamment élevée de cellules spécifiques du corps. « Pour guérir la drépanocytose, nous savons que nous devons modifier environ 20 pour cent des cellules souches (sanguines), » explique Ngo. «Ces 20 pour cent ont été très, très difficiles à atteindre.»
Cela signifie que si une livraison initiale atteignait seulement 10 pour cent des cellules souches sanguines, mais qu’elle pouvait être localement amplifiée pour atteindre 30 pour cent, cela pourrait faire la différence entre le succès et l’échec.
Pour réaliser l’amplification, Ngo s’est tourné vers une protéine qui aide un virus à se détacher des cellules. Une fois fabriquées dans une cellule, ces protéines se lient à la fois à la membrane cellulaire et entre elles, formant un petit sac, ou vésicule, qui se détache d'une cellule et peut fusionner avec d'autres.
Si ces protéines virales sont physiquement liées à la protéine d’édition de gènes CRISPR Cas9, alors la protéine Cas9 – et l’ARN qui la guide vers sa cible – seront emballées dans les vésicules et transportées vers d’autres cellules.
Pour tester cette idée, l’équipe a créé un morceau d’ADN codant pour les protéines virales Cas9. Lorsque l’ADN a été injecté sous pression dans le foie de souris, il n’a pénétré que dans 4 % des cellules, mais dans l’ensemble, 12 % des cellules ont été modifiées génétiquement.
Pour traiter les personnes, les machines d’édition génétique seraient mises en œuvre par d’autres moyens. La méthode d’injection n’a été utilisée qu’à titre de preuve de principe. « Ce n'est pas particulièrement efficace, mais cela montre que notre système fait la différence », déclare Ngo. « Une triple amplification est un excellent point de départ. Je pense qu'elle rend certains de nos systèmes de distribution actuels suffisamment performants pour traiter certaines maladies. Un plus grand nombre pourrait être meilleur, et nous explorons donc activement des stratégies pour y parvenir également. »
Outre une plus grande efficacité, l’édition génétique amplifiée pourrait également permettre d’utiliser des doses plus faibles, ce qui rendrait les traitements plus sûrs.
Les biologistes explorent ces approches de formation de vésicules depuis des décennies, explique Gaetan Burgio de l'Université nationale australienne de Canberra, mais l'équipe de Ngo pourrait être la première à démontrer son efficacité chez les animaux pour l'édition de gènes. Cependant, Burgio affirme que les chercheurs ont encore du travail à faire pour confirmer leurs résultats. « Des contrôles et des mesures appropriés doivent être effectués pour réellement démontrer leurs affirmations », dit-il.
Il existe déjà des vaccins expérimentaux à ARNm auto-amplifiés, dans lesquels les ARNm délivrés aux cellules codent pour des machines qui fabriquent davantage de copies des ARNm du vaccin. L’idée est de rendre les vaccins à ARNm plus sûrs et moins chers, car des doses plus faibles sont nécessaires. Cependant, dans ce cas, les ARNm supplémentaires restent à l’intérieur des cellules où ils sont fabriqués.
