✂️ Édition génomique CRISPR-Cas9

L'efficacité de clivage décroît de façon exponentielle avec le nombre de mésappariements : Efficacité = e^(-0,35 x mésappariements). Sans mésappariement, l'efficacité est de 100 % ; à 5 mésappariements, elle chute à environ 17 % ; à 8 mésappariements, elle descend sous 6 %. La position des mésappariements compte également — ceux situés dans la « région germinale » (environ les nucléotides 1 à 12 adjacents au PAM) sont bien plus perturbateurs que ceux proches de l'extrémité 5' distale de l'espaceur.

La jonction d'extrémités non homologues (NHEJ) est active dans pratiquement toutes les phases du cycle cellulaire et ligature rapidement les extrémités coupées, mais introduit souvent de petites insertions ou délétions (indels) qui perturbent le cadre de lecture — utile pour l'inactivation de gènes. La réparation dirigée par homologie (HDR) utilise une matrice d'ADN donneur fournie pour introduire des corrections précises, mais n'est efficace que pendant les phases S et G2 du cycle cellulaire, lorsqu'une chromatide sœur est disponible, ce qui la rend moins praticable dans les tissus post-mitotiques.

Oui. Fin 2023, la FDA américaine a approuvé Casgevy (exagamglogène autotemcel), la première thérapie fondée sur CRISPR, pour la drépanocytose et la bêta-thalassémie dépendante des transfusions. Le traitement édite ex vivo les propres cellules souches du patient afin de réactiver la production d'hémoglobine fœtale. D'autres thérapies CRISPR sont en essais cliniques pour la cécité héréditaire (mutation CEP290), certains cancers et le VIH.

L'utilisation programmable de Cas9 pour l'édition génomique a été démontrée dans un article marquant de 2012 par Jennifer Doudna (UC Berkeley) et Emmanuelle Charpentier (alors à l'université d'Umeå), publié dans Science. Elles ont montré qu'un seul ARN guide pouvait diriger Cas9 pour couper une cible d'ADN précise in vitro. L'année suivante, Feng Zhang, au Broad Institute, et d'autres équipes ont démontré l'édition dans des cellules de mammifères. Doudna et Charpentier ont reçu le prix Nobel de chimie 2020 pour cette découverte.

L'édition CRISPR est étroitement liée à la réplication de l'ADN (nécessaire pour que l'HDR fonctionne), au repliement des protéines (la protéine Cas9 subit des changements conformationnels lors de la liaison à l'ARNg et à l'ADN), à la division cellulaire / mitose (l'efficacité de l'HDR dépend du cycle cellulaire), et à la cinétique enzymatique (Cas9 se comporte comme une enzyme de restriction spécifique de séquence à spécificité ajustable). La simulation de diffusion membranaire est pertinente pour comprendre comment les vecteurs de délivrance de CRISPR (nanoparticules lipidiques) traversent la membrane cellulaire.

Les méthodes de délivrance courantes incluent les vecteurs viraux (notamment le virus adéno-associé, AAV, pour la délivrance in vivo), les nanoparticules lipidiques (LNP, utilisées dans la thérapie Casgevy), l'électroporation de complexes ribonucléoprotéiques (RNP) pour l'édition cellulaire ex vivo, et la transfection de plasmides en laboratoire. Chaque méthode implique des compromis entre efficacité, spécificité cellulaire, réponse immunitaire et taille de la cargaison — l'AAV a une limite d'encapsidation d'environ 4,7 ko, ce qui restreint certaines variantes plus volumineuses de Cas9.

Les frontières de recherche actives incluent l'édition de base (convertir une base d'ADN en une autre sans cassure double-brin), l'édition prime (une approche de « recherche et remplacement » utilisant une fusion à la transcriptase inverse), l'édition épigénomique (utilisant une dCas9 catalytiquement inactive fusionnée à des méthyltransférases ou déméthylases), et les systèmes CRISPRa/CRISPRi pour l'activation ou l'extinction de gènes sans aucune coupure d'ADN. Les défis ouverts incluent la délivrance in vivo efficace vers des tissus comme le cerveau et le muscle, la réduction de l'immunogénicité de la Cas9 bactérienne chez l'humain, et les cadres réglementaires pour l'édition germinale.