La technologie CRISPR - CAS9

la technologie CRISPR - CAS9

Introduction

Principe général : Le système CRISPR/Cas9 est un nouveau système simple, rapide et efficace pour couper l’ADN à un endroit précis du génome, dans n’importe quelle cellule. Il est constitué d’un « ARN guide », qui cible une séquence d’ADN particulière, associé à l’enzyme Cas9, qui, comme des ciseaux moléculaires, coupe l’ADN.

Permet d’améliorer considérablement à modifier l’ADN de n’importe quelle espèce. Repose sur un système naturel utilisé par les bactéries pour se protéger des infections virales.

Méthode : Elle produit un ARN qui correspond à celui du virus envahisseur. Un second s’y associe et ils recrutent ensemble la protéine Cas9. Lorsque l’ARN = ARN vide, trouve sa cible dans le génome viral, la Cas9 coupe l’ADN et désactive ainsi le virus.

Les chercheurs se sont rendu compte qu’ils pouvaient ainsi couper n’importe ADN, grâce à la Cas9, tel un ciseau moléculaire.

• 1e cas : cellule essai de réparer, mais génère des erreurs. Les mutations créées inactivent les gènes et permettent de comprendre leur fonction.
• 2e cas : (si besoin d’être plus précis) ex : peut remplacer gène mutant par une copie saine → en plus du complexe Cas9-ARN vide, ajoute un autre morceau d’ADN portant la séquence souhaitée = ADN modèle (va remplacer la séquence suite coupure).

⟹ Applications de cette technologie semblent infinies (développement médocs, et peut être à plus long terme pour traiter certains patients ayant maladies génétiques), beaucoup de travail reste cependant encore nécessaire pour s’assurer de la sécurité d’utilisation de cette approche chez l’homme.

L’administration de ce système dans les cellules de l’organisme devra s‘effectuer à l’aide de vecteurs et va se heurter à certains obstacles déjà rencontrés en thérapie génique : le choix du vecteur (adénovirus associé, lentivirus, vecteur synthétique…), le contrôle de la réponse immunitaire... Soulève déjà questions éthiques.

Co-découvreuse de cette technologie = Emmanuelle Marie Charpentier → a identifié et déchiffré les mécanismes moléculaires du système immunitaire bactérien CRISPR/Cas9. Avec Jennifer Doudna, ont inventé la technique de CRISPR/Cas9 : a révolutionné le domaine de l'ingénierie génétique. Pour cette découverte, ont notamment reçu en 2020 le prix Nobel de chimie.

comprendre les maladies au niveau fondamental

Utilité et besoin comprendre mécanismes de la vie au niveau fondamental, au niveau moléculaire (bactéries) et cellulaire (maladies cœur, cancer, souvent cause génétique), qui sont souvent responsable maladies. Pour pouvoir soigner des maladies ou avoir de nouveaux types de chirurgie (Cas9 type de chirurgie précis). Pour les comprendre, tout repose sur la génétique.

Jacques Monod : a écrit un livre (1970), « Chance and necessity ».

Histoire de la génétique

↳ amènent à la thérapie génique

Génétique fondamentale (XIXe s).

• Darwin : origine des espèces
• Mendel : ségrégation des allèles
• Miescher : isolation de l’ADN

Plus tard, ADN a été identifié comme molécule porteuse de l’information génétique. Puis structure ADN (double hélice), puis code génétique ont été révélés.

Outils génétiques découverts :

• Enzyme de restriction, ou d’autres pour recombiner ADN (pour cloner gène, séquencer gènes, amplifier ADN)
• Editer gènes → Application pour diminuer ou activer gènes (enzymes artificielles, pour faire édition de génome plus précis) → dont enzyme qui coupe ADN double brin, comme Cas9 : mécanisme est différent (c’était compliqué à utiliser, chère, pour ça a créé Cas9). Cette technologie est le début de la « CRISPR Craze » (folie CRISPR) : système bactérien immunitaire apporte une technologie révolutionnaire dans l’édition du génome (cette technologie qui permet une chirurgie précise de gène dans pratiquement toute cellule qui peut être modifiée).

Fonctionnement des systèmes crispr-Cas

CRISPR Cas9 a été étudié à partir de bactérie : streptococcus pyogenes = streptococcus de groupe A.

Bactéries peuvent :

• avoir un effet pathogène et cause maladies (cas de cette bactérie) → on a développé mécanisme pour se défendre (immunité inné)
• être considérées comme hôte et peuvent être attaquées (prédateur = éléments génétiques mobile : de type phage, plasmide ou transposon).

• Ex d’un phage :

• soit entre dans cellule, ADN se réplique (de virus = phage), qui va détruire bactérie
• ou peut s’intégrer dans génome de la bactérie, y résider et apporter de nvx gènes (peuvent coder pour virulence ou gènes important pour adaptation bactérie).[pic 1]

• plasmides : apportent différents gènes qui codent pour résistance antibios ou virulence ou gènes important pour adaptation bactérie

Bactérie à un système de défense → tous les systèmes avant Cas9 sont considérés comme innés (= n’implique pas reconnaissance du prédateur), ex : système de restriction modification.

Cas9 : 1er et seul système immunitaire de type adaptatif. Existe chez bactéries et archées. Environ 50 à 60% des bactériens ont ce système, donc système acquis par des éléments génétiques mobiles (façon dont système peut être transféré d’une souche bactérienne à une autre), et dans 90% des archées.

Ce système est composé de séries de gènes organisés en opérons, transcrit par un promoteur en amont de l’opérons. Cet opéron code pour les protéines Cas. Proche de l’opéron y a CRISPR (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) = série de répétitions (peuvent former palindrome mais pas pour Cas9).

Le système CRISPR forme globalement de la même façon, mais a évolué considérablement pour coder pour des gènes très différents, qui code pour des protéine Cas, donc mécanisme précis utilisé très variable pour définir ce système immunitaire.

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