Édition efficace du génome sur plusieurs sites à l’aide de multitrons dérivés de rétrons

L’édition du génome est devenue une technologie largement utilisée pour modifier l’ADN des cellules, permettant aux scientifiques d’étudier les maladies en laboratoire et de développer des thérapies qui réparent les mutations pathogènes. Cependant, avec les approches actuelles, il n’est possible de modifier les cellules qu’à un seul endroit à la fois.

Aujourd’hui, une équipe de scientifiques de l’Institut Gladstone a développé une nouvelle méthode qui leur permet d’apporter des modifications précises à plusieurs emplacements au sein d’une cellule, en même temps. À l’aide de molécules appelées rétrons, ils ont créé un outil capable de modifier efficacement l’ADN des bactéries, des levures et des cellules humaines.

“Nous voulions repousser les limites des technologies génomiques en développant des outils qui nous aident à explorer la véritable complexité de la biologie et des maladies”, déclare le chercheur associé Seth Shipman, PhD, auteur principal d’une nouvelle étude publiée dans Biologie chimique naturelle.

Dépasser les limites

Shipman est un leader dans le domaine émergent et en croissance rapide des rétrons, qui sont des composants moléculaires d’un système immunitaire bactérien capables de produire de grandes quantités d’ADN. En 2022, son laboratoire a développé un système permettant d’éditer rapidement et efficacement des cellules humaines en combinant les rétrons avec l’édition du génome CRISPR-Cas9.

Avec cette nouvelle étude, les chercheurs voulaient utiliser leur système pour surmonter une limitation des méthodes actuelles d’édition du génome.

“Si vous vouliez modifier une cellule à plusieurs endroits du génome qui ne sont pas proches les uns des autres, l’approche standard consistait à effectuer les modifications une par une”, explique Alejandro González-Delgado, PhD, l’un des responsables de l’étude. premiers auteurs et chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Shipman. “C’était un cycle fastidieux : vous effectuiez d’abord une modification, puis vous utilisiez les cellules modifiées pour effectuer une autre modification, et ainsi de suite.”

Au lieu de cela, l’équipe a trouvé un moyen de coder un rétron afin qu’il puisse créer différentes sections d’ADN. Lorsqu’ils sont livrés à une cellule, ces rétrons manipulés – appelés multitrons – peuvent effectuer plusieurs modifications en même temps.

Un autre avantage des multitrons est leur capacité à supprimer de grandes parties du génome.

À l’aide de multitrons, nous pouvons effectuer des suppressions séquentielles pour découper et réduire les parties centrales de la région génomique que nous ciblons, rapprochant ainsi les extrémités largement séparées jusqu’à ce que la région entière soit complètement supprimée.

Alejandro González-Delgado, PhD, l’un des premiers auteurs de l’étude

De nombreuses applications possibles

Dans le cadre de leur étude, Shipman et son équipe ont démontré des applications immédiates de leur nouvelle méthode en matière d’enregistrement moléculaire et d’ingénierie métabolique.

Ils ont déjà montré que les rétrons peuvent être utilisés pour enregistrer des événements moléculaires dans une cellule, fournissant ainsi un enregistrement détaillé de l’activité de la cellule et des changements dans son environnement. Avec les Multitrons, les chercheurs ont élargi cette approche et peuvent désormais enregistrer avec une plus grande sensibilité.

«Les multitrons nous permettent d’enregistrer simultanément des signaux très faibles et très forts, élargissant ainsi la plage dynamique de nos enregistrements», explique González-Delgado. “À un moment donné, nous pourrions imaginer mettre en œuvre un tel outil dans le microbiome intestinal pour enregistrer un signal tel qu’une inflammation.”

Dans le domaine de l’ingénierie métabolique, les scientifiques ont montré que les multitrons peuvent être utilisés pour modifier simultanément plusieurs gènes dans une voie métabolique afin d’augmenter rapidement la production d’une substance cible au sein d’une cellule. Ils ont testé leur approche sur un puissant antioxydant appelé lycopène et ont réussi à tripler la production de ce composé.

“Pour commencer à modéliser des maladies génétiques complexes et finalement trouver des traitements ou des remèdes, nous devons effectuer de nombreuses mutations différentes dans les cellules en même temps”, explique Shipman, également professeur agrégé au Département de bio-ingénierie et des sciences thérapeutiques de l’UC San Francisco. , ainsi qu’un enquêteur de Chan Zuckerberg Biohub. “Notre nouvelle approche est un pas dans cette direction.”