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Procédures d'édition du génome optimisées

Dans le cadre de l’optimisation des procédures clés de l’édition du génome, des chercheurs du département de biologie du développement / physiologie du Centre d’études sur les organismes de l’Université de Heidelberg ont réussi à améliorer considérablement l’efficacité des méthodes de génétique moléculaire telles que CRISPR/Cas9 et les systèmes associés. En collaboration avec des collègues d’autres disciplines, les scientifiques de la vie ont affiné ces outils pour permettre, entre autres, un dépistage génétique efficace pour modéliser des mutations génétiques spécifiques. De moreover, des séquences d’ADN initialement inaccessibles peuvent désormais être modifiées. Selon le professeur Joachim Wittbrodt, cela ouvre de vastes nouveaux domaines de travail dans la recherche fondamentale et, potentiellement.

L’édition du génome signifie la modification délibérée de l’ADN par des méthodes de génétique moléculaire. Il est utilisé pour la sélection de plantes et d’animaux, mais aussi dans la recherche médicale et biologique fondamentale. Les procédures les plus courantes incluent les “ciseaux à gènes” CRISPR/. Dans les deux cas, les enzymes doivent être transportées dans le noyau de la cellule cible. À son arrivée, le système CRISPR/Cas9 coupe l’ADN à des websites spécifiques, ce qui provoque une cassure double brin. De nouveaux segments d’ADN peuvent alors être insérés à ce web site. Les éditeurs de foundation utilisent un mécanisme moléculaire similaire mais ils ne coupent pas le double brin d’ADN. Au lieu de cela, une enzyme couplée à la protéine Cas9 effectue un échange ciblé de nucléotides – les éléments constitutifs de base du génome. Au cours de trois études successives.

Un défi lors de l’utilisation de CRISPR/Cas9 consiste en la livraison efficace des enzymes Cas9 requises au noyau. “La cellule possède un mécanisme élaboré de “rebondissement”. Elle fait la difference entre les protéines qui sont autorisées à se transloquer dans le noyau et celles qui sont censées rester dans le cytoplasme”, explique le Dr Tinatini Tavhelidse-Suck de l’équipe du professeur Wittbrodt. L’accès est ici rendu achievable par une étiquette composée de quelques acides aminés qui fonctionne comme un “ticket d’admission”. Ils l’ont nommé “étiquette à haute efficacité”, “étiquette hei” en abrégé. “D’autres protéines qui doivent pénétrer dans le noyau cellulaire réussissent également mieux avec le ‘hei-tag'”, conclut le Dr Thomas Thumberger, qui est également chercheur au Centre d’études sur les organismes (COS). En coopération avec des pharmacologues de l’Université de Heidelberg, l’équipe a pu montrer que Cas9, associé au ticket “hei-tag”, peut permettre des altérations génomiques très efficaces et ciblées non seulement dans l’organisme modèle medaka. mais aussi dans des cultures de cellules de mammifères et des embryons de souris.

Dans une autre étude., ils ont pu montrer que ces modifications ciblées et limitées localement dans les blocs de construction individuels de l’ADN obtiennent un résultat qui n’est autrement obtenu que par l’élevage relativement laborieux d’organismes avec des gènes modifiés. L’équipe de recherche du COS, en collaboration avec le Dr Dr Jakob Gierten, cardiologue pédiatrique à l’hôpital universitaire de Heidelberg, s’est concentrée sur certaines mutations génétiques. Ces mutations étaient soupçonnées de déclencher des malformations cardiaques congénitales chez l’homme. En modifiant les éléments constitutifs individuels de l’ADN des gènes concernés dans l’organisme modèle, les scientifiques ont pu imiter et étudier des embryons de poisson présentant les malformations cardiaques décrites. L’intervention ciblée a entraîné des changements visibles dans le cœur dès les premiers stades du développement embryonnaire des poissons, déclarent Bettina Welz et le Dr Alex Cornean, deux des premiers auteurs de l’étude de l’équipe du professeur Wittbrodt. Cela a permis aux chercheurs de confirmer la suspicion initiale et d’établir un lien causal entre l’altération génétique et les symptômes cliniques.

L’intervention précise dans le génome des embryons de poisson a été rendue probable grâce au logiciel spécialement développé ACEofBASEs, disponible en ligne. Il permet d’identifier des emplacements génétiques qui conduisent très efficacement aux changements souhaités dans les gènes cibles et les protéines résultantes. “Notre méthode permet une analyse de dépistage efficace et pourrait donc offrir un issue de départ pour développer un traitement médical individualisé”, selon Jakob Gierten.

Une troisième étude, toujours du groupe Wittbrodt, traite des limites des éditeurs de foundation. Pour qu’un tel éditeur se lie à l’ADN d’une cellule cible, il doit y avoir un specified motif de séquence. PAM en abrégé. “Si ce motif fait défaut à proximité de la brique d’ADN à modifier, il est unattainable d’échanger des nucléotides”, explique le Dr Thumberger. Une équipe sous sa course a maintenant trouvé un moyen de contourner cette limitation. Deux éditeurs de base dans une même cellule sont utilisés successivement. un nouveau motif de liaison à l’ADN pour un autre éditeur de foundation est généré, sur lequel ce deuxième éditeur. peut éditer un web-site qui était auparavant inaccessible. Cette utilisation échelonnée s’est avérée très efficace, explique Kaisa Pakari, le premier auteur de l’étude. Grâce à cette astuce. Désormais, les séquences d’ADN initialement inaccessibles peuvent également être modifiées.

potentiellement. souligne Joachim Wittbrodt.

Les résultats de la recherche ont été publiés dans les revues eLife et Progress. Les investigations faisaient partie des recherches menées dans le cluster d’excellence “3D Make a difference Designed to Buy”, qui est géré conjointement par l’Université de Heidelberg et l’Institut de technologie de Karlsruhe. Les études de recherche et les scientifiques impliqués ont été financés par le Conseil européen de la recherche, la Fondation allemande pour la recherche, le Centre allemand de recherche cardiovasculaire, la Fondation allemande du cœur et la Fondation Joachim Herz.