L’insertion complète d’un gène est désormais possible dans les cellules humaines

La technologie d’édition génétique utilise des éditeurs d’amorces ainsi que des enzymes avancées appelées recombinases. Cette approche a le potentiel de conduire à des thérapies géniques universelles efficaces pour des maladies telles que la fibrose kystique.

Les chercheurs du Broad Institute du MIT et de l’Université Harvard disposent d’une technologie avancée d’édition de gènes qui peut désormais insérer ou remplacer efficacement des gènes entiers dans le génome des cellules humaines, les rendant ainsi adaptés à des utilisations thérapeutiques.

Cette avancée, réalisée dans le laboratoire de David Liu, membre du Broadcore Institute, pourrait un jour aider les chercheurs à développer une thérapie génique unique pour des maladies comme la fibrose kystique, causées par l’une des centaines, voire des milliers de mutations différentes du gène. Grâce à cette nouvelle approche, ils pourront insérer une copie saine d’un gène à son emplacement d’origine dans le génome, plutôt que d’avoir à créer une thérapie génique différente pour corriger chaque mutation en utilisant d’autres approches d’édition génétique qui apportent des modifications plus petites.

La nouvelle méthode utilise une combinaison d’édition principale, qui peut directement apporter un large éventail de modifications allant jusqu’à environ 100 ou 200 paires de bases, et d’enzymes de recombinaison nouvellement développées qui insèrent efficacement de grands morceaux de cellules. ADN Des milliers de paires de bases en longueur à des endroits spécifiques du génome. Ce système, appelé eePASSIGE, peut effectuer des modifications de la taille d’un gène plusieurs fois plus efficacement que d’autres méthodes similaires, et est rapporté dans Nature du génie biomédical.

« À notre connaissance, il s’agit de l’un des premiers exemples d’intégration de gènes ciblés et programmables dans des cellules de mammifères qui répond aux critères clés d’importance thérapeutique potentielle », a déclaré Liu, auteur principal de l’étude, professeur Richard Mirkin et directeur du centre de recherche de l’UCLA. . Mirkin Professeur de technologies transformatrices dans les soins de santé à Broad, est professeur à l’Université Harvard et chercheur au Howard Hughes Medical Institute. « Compte tenu de ces efficacités, nous prévoyons que de nombreuses maladies génétiques à perte de fonction, sinon la plupart, pourraient être améliorées ou sauvées, si les efficacités que nous observons dans les cellules humaines en culture pouvaient être transposées dans le contexte clinique. »

L’étudiant diplômé Smriti Pandey et le chercheur postdoctoral Daniel Zhao, tous deux membres du groupe de Liu, étaient co-auteurs de l’étude, qui était également une collaboration avec le groupe de Mark Osborne à l’Université du Minnesota et le groupe d’Eliot Chekov au Beth Israel Deaconess Medical Center.

« Ce système offre des opportunités prometteuses pour les thérapies cellulaires, car il peut être utilisé pour introduire avec précision des gènes dans des cellules en dehors du corps avant de les donner aux patients pour traiter des maladies, entre autres applications », a déclaré Pandey.

« Il est passionnant de constater la grande efficacité et la polyvalence d’eePASSIGE, qui pourrait permettre une nouvelle classe de médicaments génomiques », a ajouté Gao. « Nous espérons également que ce sera un outil que les scientifiques de toute la communauté de recherche pourront utiliser pour étudier des questions biologiques fondamentales. »

Améliorations majeures

De nombreux scientifiques ont utilisé l’édition principale pour stabiliser efficacement les changements dans l’ADN jusqu’à des dizaines de paires de bases, ce qui est suffisant pour corriger la grande majorité des mutations pathogènes connues. Mais l’insertion de gènes intacts entiers, souvent longs de milliers de paires de bases, à leur emplacement d’origine dans le génome est un objectif de longue date en matière d’édition génétique. Non seulement cela pourrait guérir de nombreux patients, quelle que soit la mutation qu’ils ont dans le gène à l’origine de la maladie, mais cela préserverait également la séquence d’ADN environnante, ce qui rendrait plus probable que le gène nouvellement découvert soit correctement régulé plutôt que surexprimé. Ou trop peu, ou au mauvais moment.

En 2021, le laboratoire de Liu a signalé une étape majeure vers cet objectif et a développé une approche d’édition clé appelée TwinPE qui installait des « sites d’atterrissage » recombinants dans le génome, puis utilisait des enzymes recombinantes naturelles telles que Bxb1 pour catalyser l’insertion d’un nouvel ADN dans le génome primaire. cellule. Sites cibles modifiés.

Bientôt, la société de biotechnologie Prime Medicine, cofondée par Liu, a commencé à utiliser la technologie, qu’elle a appelée PASSIGE (édition génétique intégrative et spécifique à un site assistée par amorce), pour développer des traitements contre les maladies génétiques.

PASSIGE installe les modifications dans une fraction seulement des cellules, suffisamment pour traiter certaines maladies génétiques, mais peut-être pas la plupart, résultant de la perte d’un gène fonctionnel. Ainsi, dans le nouveau travail rapporté aujourd’hui, l’équipe de Liu a entrepris d’améliorer l’efficacité de l’édition de PASSIGE. Ils ont découvert que l’enzyme recombinante Bxb1 était à l’origine de la réduction de l’efficacité de PASSIGE. Ils ont ensuite utilisé un outil précédemment développé par le groupe de Liu, appelé une étape (évolution continue assistée par phage) pour développer rapidement des versions plus efficaces de Bxb1 en laboratoire.

Une variante de Bxb1 nouvellement développée et conçue (eeBxb1) a amélioré la méthode eePASSIGE pour incorporer en moyenne 30 % de plus de taille de gènes dans les cellules de souris et humaines, soit quatre fois plus que la technologie originale et environ 16 fois plus qu’une autre méthode récemment publiée. appelé épissure.

« Le système eePASSIGE constitue une base prometteuse pour les études intégrant des transcrits de gènes sains dans nos loci choisis dans des modèles cellulaires et animaux de maladies génétiques afin de traiter les troubles de perte de fonction », a déclaré Liu. « Nous espérons que ce système s’avérera être une étape importante vers l’apport des avantages de l’intégration génétique ciblée aux patients. »

Avec cet objectif en tête, l’équipe de Liu travaille désormais à combiner eePASSIGE avec des systèmes de diffusion tels que Particules ressemblant à des virus (eVLP) qui peuvent surmonter Obstacles Ce qui limite traditionnellement l’administration thérapeutique des éditeurs de gènes dans l’organisme.

Référence : « Intégration efficace spécifique à un site de grands gènes dans des cellules de mammifères via des processus de recombinaison et d’édition d’amorces en constante évolution » par Smriti Pandey, Shane D. Gao, Nicolas A. Krasnow, Amber McElroy, Y. Allen Tao, Jordyn E. Dobie, Benjamin J. Steinbeck, Julia McCreary, Sarah E. Pierce, Jacob Tollar, Torsten B. Meissner, Elliot L. Chekov, Mark J. Osborne et David R. Lion, 10 juin 2024, Nature du génie biomédical.
est ce que je: 10.1038/s41551-024-01227-1

Ce travail a été soutenu en partie par Instituts nationaux de la santéLa Fondation Bill & Melinda Gates et l’Institut médical Howard Hughes.