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Introduction

Le gene drive est une technique de modification du génome basé sur le complexe CRISPR/Cas9 pour Clustered Regularly Interspace Short Palindromic Repeats associated protein 9.

Elle est composé de la Cas9 qui est une endonucléase et d’un ARN guide possédant une région homologue à la séquence cible, qui va s’y hybrider, positionnant la cas9 de façon précise et lui permettant de créer une cassure double brin sur le génome.

Elle utilise également le système de réparation des cassures double brin, la recombinaison homologue

A. Transmission d’un gène

La transmission d’un gène par reproduction sexuée se fait selon les lois de Mendel c’est-à-dire que chacune des 2 versions d’un gène - marqué ici en jaune- a 50% de chance d’être transmis à sa descendance.

Le gene drive casse ces lois en augmentant jusqu’à 100% la probabilité de transmission du gène, transmettant à coup sûr une mutation, bénéfique ou non pour l’individu, à toute la descendance de cet individu.

B. Historique

Le système CRISPR/Cas9 est connu depuis plusieurs décennies mais c’est dans les années 2000 que naît dans la tête du Professeur Austin Burt l’idée d'utiliser ce système pour générer des mutations chez certaines espèces dans le but de réduire la propagation de certaines maladies. En effet, le gene drive permet de copier un élément génétique choisi sur le génome, puis d’un chromosome à son homologue sans perturber l’activité transcriptionelle de la cellule

C. Principe

Comment fonctionne le « gene drive » au niveau moléculaire ?

Concrètement le “gene drive” est composé d’une cassette, c’est à dire un ensemble d’éléments génétiques qui restent toujours associés lors de la réplication du génome.

On retrouve dans la cassette :

 L’endonucléase Cas9

 L’ARN guide

 Un marqueur fluorescent type GFP permettant d’être sûr et de visualiser la présence de la

cassette dans l’organisme

 2 régions homologues de part et d’autre de la cassette qui serviront, après la cassure induite

par CRISPR/Cas9, l’activation du mécanisme de réparation HDR entre ces deux régions, mais nous aborderons ce point plus en détail par la suite.

Une fois dans la cellule, il va y avoir la transcription de l’ARN guide et de Cas9 qui va être traduit puis vont s’assembler pour former le complexe CRISPR/Cas9.

CRISPR se lie au génome et induit une coupure double brin, activant le mécanisme de réparation spécifique: la recombinaison homologue. Les régions homologues de la cassette permettent au vecteur de servir de matrice pour réparer la cassure double brin, et ainsi faire entre la cassette dans le génome.

Une fois le mécanisme achevé sur le premier chromosome, le même processus va se reproduire sur le second allèle et créer un mutant homozygote pour la cassette

Application : Malaria

Il faut savoir que les expériences utilisant le gene drive doivent obligatoirement être réalisées chez des organismes à reproduction sexuée et dont le cycle de reproduction est relativement court à l’échelle humaine.

En plus de répondre à ces 2 critères, le moustique est également un vecteur connu de nombreuses maladies comme la malaria, la dengue, la fièvre jaune et le virus Zika. C’est donc pour cette raison que les chercheurs se sont intéressés à l’espèce Anopheles Stephensi, un moustique vecteur de la malaria chez l’Homme.

La malaria est une maladie infectieuse due à un parasite : Plasmodium Falciparum. En 2016, 216 millions de cas ont été recensés dans le monde et la maladie a provoqué la mort de 445 000 personnes la même année. La malaria se transmet à l’Homme par une piqûre de moustique femelle, la seule qui pique, elle-même infectée après avoir piqué un Homme atteint de la maladie.

Jusqu’à aujourd’hui 2 sujets de recherche ont été effectués, concernant tous les deux les moustiques vecteurs de la malaria, les Anophèles. Les 2 ont un but commun : les empêcher de transmettre la maladie :

 soit en rendant les femelles stériles, ce qui induirait une éradication de l’espèce

 soit en empêchant l’espèce de transmettre la maladie à l’Homme.

Nous développerons ici l’expérience menée par une équipe de chercheurs de l’université de Californie visant à empêcher la transmission de la maladie du moustique à l’Homme

Les résultats de leurs expériences ont été publiés en 2015 dans le journal scientifique PNAs.

Leur but était d’éradiquer la transmission de la malaria par introduction d’un fragment d’ADN exogène dans le génome de l’Anophèle les rendant ainsi incapable de transmettre le parasite à l’Homme.

L’ADN exogène contient un gène effecteur antiparasite double c’est à dire un gène qui permet l’expression d’une protéine de fusion contenant deux anticorps ciblant le parasite de la malaria humaine : Plasmodium Falciparum.

Leurs expériences ont été un succès puisqu’en disséquant les moustiques ils ont constaté que les glandes salivaires des femelles Anophèles exprimant ce double anticorps ne contenaient aucun sporozoïte, qui est un indicateur d’infection par le parasite : les femelles étaient donc incapables de transmettre la maladie.

Le plasmide contient 5 éléments dont nous avons déjà parlé :

 le gène codant pour la Cas9 qui est sous le contrôle du promoteur “vasa” assurant l’expression de Cas9 uniquement dans les cellules de la lignée germinale des mâles et femelles

 le gène codant pour l’ARN guide dont l’expression sera dirigé par le promoteur UA6 qui va cibler le gène khW.

 le gène codant pour la DsRed, un marqueur fluorescent rouge visible dans les photorécepteurs des larves et dans les yeux non pigmentés des adultes.

 les deux gènes m2A10 et m1C3 codant pour un effecteurs anti-pathogènes.

 et deux petits fragments d’ADN homologues au locus khw pour permettre le recopiage de la

cassette par

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