Remplacer un gène par un autre : aussi simple que de prononcer "CRISPR/Cas9" (ou presque)

Cette technique de "retouche génétique" est désormais incontournable... et toujours aussi imprononçable : "CRISPR/Cas9". Grâce à elle, les généticiens peuvent cibler une zone précise de l'ADN d'une cellule, la découper et, éventuellement, y substituer un autre fragment d'ADN.

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Au commencement : des bactéries particulièrement résistantes au virus...

De nombreuses méthodes ont été imaginées (et expérimentées) pour remplacer une portion d'ADN par une autre, au cœur d'une cellule. Mais depuis quelques années, un procédé précis, rapide et surtout très économique, a vu le jour, supplantant peu à peu ses concurrents dans tous les laboratoires de la planète.

En 1987, des chercheurs japonais étudiant des bactéries de type Escherichia coli observent que celles-ci présentent, dans leur ADN, de longues séquences de molécules "en palindrome" (c'est-à-dire que leur enchaînement est identique que l'on parte d'une extrémité ou de l'autre, comme pour les lettres des mots kayak ou ressasser). La découverte suscite, soyons franc, assez peu d’intérêt. Il faudra attendre dix-huit ans avant que des biologistes découvrent que ces segments sont des inserts d'origine virale.

En 2007, des chercheurs européens révèlent que les bactéries porteuses de ces transformations résistent mieux que les autres aux infections virales. Il faudra attendre encore quelques années pour comprendre les grandes lignes de ce mécanisme : la protéine synthétisée à partir d’un "segment palindrome" (nous le nommerons CRISPR) se lie à une enzyme capable de sectionner l’ADN (c'est l'enzyme Cas9). Si un virus injecte dans la cellule du matériel génétique présentant une portion complémentaire à notre CRISPR, celui-ci vient s'y accoler... et l'enzyme y opère une découpe franche. L'ADN viral est brisé, la menace neutralisée.

Quelques généticiens se sont alors pris à rêver… Etait-il envisageable d'accoupler à l'enzyme Cas9 autre chose qu'un "détecteur de matériel génétique viral" ? Par exemple, du matériel génétique humain, correspondant à des gènes mutés responsables de maladies ?

Facile à dire… et - pour peu que suffisamment de chercheurs s'arrachent les cheveux pour définir le bon protocole expérimental pendant environ cinq ans – facile à faire ! En 2012, les chercheuses Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna relèvent le défi [1]. Dans une éprouvette : la partie "détecteur" s'apparie avec l’ADN cellulaire, et guide la partie Cas9, qui sectionne !

L'ADN est rapidement réparé par divers mécanismes cellulaires usuels, l’élément manquant se trouvant remplacé par une séquence aléatoire. C'est simple, précis, rapide efficace… Le génie génétique peut entrer dans une nouvelle ère.

Depuis 2013, plus de 1.500 études recourant à CRISPR/Cas9

En 2013, se succèdent des publications scientifiques annonçant l'éradication de gènes portant des mutations délétères, dans des cellules cultivées en laboratoire. L’expérience réussit également in vivo, notamment sur des mouches et des poissons zèbres. L'année suivante, des chercheurs chinois annonçaient avoir modifié la cellule née de la rencontre d'un ovule et d'un spermatozoïde de macaque avec cette technologie. Après de nombreux essais, 29 embryons ont été insérés dans l’utérus de femelles macaques, l’expérience se concluant par la naissance de jumeaux chez lesquels une partie des gènes ciblés (deux sur trois) avait efficacement été éliminée.

Le mois suivant, des chercheurs du Massachussetts Institute of Technology utilisaient le procédé "CRISPR/Cas9" pour guérir des souris adultes d'une anomalie génétique rare touchant le foie, la tyrosinémie. Les biologistes ont ici modifié un petit nombre de cellules hépatiques anormales qui, une fois "corrigées", ont proliféré en proportion suffisante pour cesser de traiter les animaux malades.

La myopathie de Duchenne en ligne de mire

Le 31 décembre 2015, plusieurs travaux la mettant à profit ont été publiés dans la revue Science, dont un essai thérapeutique sur des souris atteintes d'une maladie voisine de la myopathie de Duchenne.

L'une des maladies génétiques les plus connues du grand public, la myopathie de Duchenne - maladie musculaire qui touche un garçon sur 3.500 dans l’espèce humaine - n'a pas tardé à être étudiée au regard de ces découvertes. Dans cette maladie, le gène codant pour une protéine nommée dystrophine, indispensable au fonctionnement des muscles, intègre un signal d'arrêt de transcription [2]

En août 2014, une équipe texane parvient à éditer avec CRISPR/Cas9 des embryons de souris avec la méthode utilisée pour les macaques chinois. Dans cette étude, le taux de cellules musculaires fonctionnelles variait "entre 2% et 100%" selon les animaux.

Le 31 décembre 2015, trois études ont été publiées simultanément dans la revue Science, démontrant que l’édition de gènes peut survenir chez le souriceau. Comme dans le cas de la tyrosinémie, en dépit du fait que seule un faible pourcentage de cellules ait été corrigé, de très nombreux animaux ont cessé de manifester les symptômes de la maladie.

De très nombreuses recherches doivent encore être menées avant de pouvoir envisager traiter des malades humains avec une méthode analogue. En effet, rien ne prouve que le procédé soit aussi efficace chez l'homme, ni qu'il soit exempt d'effets secondaires.

Demain, l'humain ?

Le Pr Emmanuelle Charpentier était l'invitée du Magazine de la santé le 24 mars 2016. Elle est revenue sur les perspective à moyen et à long termes associées à la technologie CRISPR/cas9.


[1] Elles ont depuis été inondées de récompenses scientifiques et populaires prestigieuses. Le TIME les a désignées en avril 2015 comme deux des 100 personnalités les plus influentes de la planète, dans la catégorie "pionniers". Un prix Nobel en puissance... pour peu que les applications humaines tant espérées se concrétisent un jour !

[2] La protéine commence à être synthétisée à partir du modèle décrit dans l’ADN, mais cette transcription est interrompue trop tôt. La protéine anormale est rapidement éliminée.