Trois articles scientifiques ont été publiés dans lesquels les auteurs rapportent les retombées à grande échelle du matériel génétique chromosomique et les réarrangements de l'ADN. Les découvertes des scientifiques, selon l'article, renforcent les préoccupations concernant la sécurité des technologies d'édition du génome.
À la suite d'une série d'expériences dans lesquelles la modification d'embryons humains a été effectuée à l'aide de l'outil d'édition de gène CRISPR-Cas9, les scientifiques ont établi que cette technologie peut apporter des changements significatifs et indésirables dans le génome au niveau ou à proximité du site cible du génome.
Les résultats de la recherche ont été publiés ce mois-ci sur le serveur de pré-impression bioRxiv, mais n'ont pas encore fait l'objet d'un examen par les pairs. Cependant, les articles publiés fournissent une bonne indication que certains scientifiques pensent qu'il existe un risque sous-estimé dans l'édition du génome avec CRISPR-Cas9. Des expériences antérieures ont montré que cet outil d'édition est capable de provoquer des mutations génétiques secondaires à une distance considérable du site ADN cible; cependant, des études récentes ont révélé des changements qui se produisent dans les zones adjacentes à ce site et peuvent ne pas être remarqués par les méthodes standard.
«Pour nous, les impacts précis sont plus importants. Ils sont beaucoup plus difficiles à éliminer par la suite », explique Gaétan Burgio, généticien à l'Université nationale australienne de Canberra.
Les problèmes de sécurité seront probablement un sujet majeur de débat en cours sur la question de savoir si les scientifiques peuvent utiliser les technologies d'édition d'embryons humains pour prévenir les maladies génétiques. L'attitude à l'égard de cette technologie soulève de nombreuses questions, car elle crée des changements irréversibles dans le génome, qui seront ensuite transmis aux descendants de génération en génération. "Si la technologie d'édition d'embryons humains à des fins de reproduction ou d'édition de la soi-disant lignée germinale peut être comparée au premier vol habité dans l'espace, alors les nouvelles données obtenues par les scientifiques peuvent être comparées à une explosion de fusée sur une rampe de lancement juste avant le décollage", explique Fyodor Urnov de Université de Californie, Berkeley,qui étudie l'édition du génome (Fedor Urnov n'a participé à aucune des études ci-dessus).
Effets indésirables
Les scientifiques ont mené les premières expériences utilisant CRISPR pour éditer des embryons humains en 2015. Depuis lors, plusieurs groupes scientifiques à travers le monde ont commencé à étudier cette technologie pour l'édition précise des gènes. Cependant, de telles recherches sont encore rares et généralement très réglementées.
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Selon Mary Herbert, biologiste de la reproduction à l'Université de Newcastle, au Royaume-Uni, une étude récente met en évidence ce qui suit: Les scientifiques en savent peu sur la façon dont les embryons humains réparent l'ADN coupé avec des outils d'édition du génome (c'est une étape clé dans l'édition avec CRISPR-Cas9). «Nous devons bien comprendre ce qui se passe là-bas avant de commencer à utiliser des enzymes coupant l'ADN», ajoute Mary Herbert.
Le premier des pré-tirages a été publié en ligne le 5 juin par la biologiste du développement Kathy Niakan du Francis Crick Institute de Londres et ses collègues. Dans leur étude, les chercheurs ont utilisé CRISPR-Cas9 pour créer des mutations dans le gène POU5F1, ce qui a un impact important sur le développement embryonnaire. Sur les 18 embryons modifiés, environ 22% contenaient des changements indésirables affectant de grandes régions d'ADN adjacentes au gène POU5F1. En particulier, on a observé un réarrangement des régions d'ADN et de grandes délétions de plusieurs milliers de nucléotides d'ADN - et c'est bien plus que ce qui est généralement considéré par les scientifiques utilisant cette approche.
Un autre groupe de chercheurs, dirigé par le biologiste des cellules souches Dieter Egli de l'Université Columbia à New York, a étudié les embryons produits par le sperme qui provoquent une mutation du gène EYS (cette mutation conduit à la cécité). Les scientifiques ont tenté de corriger cette mutation en utilisant CRISPR-Cas9, mais environ la moitié de tous les embryons testés ont perdu de grands segments de leur chromosome (et dans certains cas, le chromosome entier), sur lequel se trouve le gène EYS.
Enfin, un troisième groupe de scientifiques, dirigé par le biologiste de la reproduction Shoukhrat Mitalipov de l'Oregon Health and Science University à Portland, a étudié des embryons obtenus à partir de spermatozoïdes porteurs d'une mutation à l'origine d'une maladie cardiaque. Les scientifiques de cette équipe semblent également être convaincus que l'édition du génome affecte de grandes régions du chromosome contenant le gène modifié.
Dans toutes leurs recherches, les scientifiques ont utilisé des embryons uniquement à des fins scientifiques et non pour provoquer une grossesse. Les principaux auteurs de ces trois études scientifiques, dont les résultats sont reflétés dans les prépublications, ont refusé de discuter de leurs travaux en détail avec le département des nouvelles de la revue Nature jusqu'à ce que leurs articles soient publiés dans des revues à comité de lecture.
Réparation imprévisible
Tous les changements enregistrés résultent de la réparation de l'ADN, qui est effectuée à l'aide d'outils d'édition du génome. CRISPR-Cas9 utilise un petit brin d'ARN pour diriger l'enzyme Cas9 vers un site avec une séquence similaire. L'enzyme coupe ensuite les deux brins d'ADN à ce site, et les systèmes de réparation cellulaire comblent cette lacune.
L'édition se produit juste pendant la réparation: le plus souvent, la cellule ferme étroitement cet espace avec un mécanisme capable d'insérer ou d'éliminer une petite quantité de nucléotides d'ADN; cependant, ce mécanisme fonctionne avec des erreurs. Si les scientifiques insèrent un modèle d'ADN, la cellule peut parfois utiliser cette séquence pour réparer la rupture, ce qui entraîne une réécriture correcte. Cependant, l'ADN coupé peut également mélanger ou perdre de gros morceaux du chromosome.
Des travaux antérieurs utilisant la technologie CRISPR dans des embryons de souris et d'autres types de cellules humaines ont montré que l'édition chromosomique peut provoquer des effets indésirables importants. Mais, selon Urnov, il était important pour les scientifiques de démontrer leurs approches dans les embryons humains, car différents types de cellules peuvent réagir différemment à l'édition du génome.
Ce réarrangement des régions d'ADN peut avoir été négligé dans de nombreuses expériences, dans lesquelles les scientifiques essaient généralement de trouver des exemples d'édition non désirée, par exemple, un changement dans un nucléotide d'ADN, ou de petites insertions ou délétions de petits fragments de nucléotides. Cependant, dans des expériences récentes, ce sont spécifiquement les délétions importantes et les réarrangements chromosomiques près du site cible qui ont été spécifiquement étudiés. «Et la communauté scientifique prendra les résultats obtenus encore plus au sérieux qu'auparavant», déclare Urnov. "Ces résultats ne sont pas du tout accidentels."
Changements génétiques
Les équipes de recherche qui ont mené les trois études décrites ci-dessus ont expliqué différemment le mécanisme sous-jacent aux réarrangements au sein de l'ADN. Par exemple, les équipes de recherche Egli et Nyakana estiment que la plupart des changements observés chez les embryons sont dus à d'importantes suppressions et réarrangements de régions d'ADN. Cependant, le groupe de Mitalipov a déclaré que jusqu'à 40% des changements détectés étaient causés par la soi-disant conversion génique, dans laquelle, à la suite de processus de réparation de l'ADN, une séquence est copiée d'un chromosome dans une paire pour en réparer un autre.
Mitalipov et ses collègues ont rapporté des résultats similaires en 2017, mais certains scientifiques étaient sceptiques quant au fait que la conversion génique est courante chez les embryons. Les scientifiques ont remarqué ce qui suit: d'une part, lors de la conversion génétique, les chromosomes maternels et paternels ne sont pas situés l'un à côté de l'autre, et d'autre part, les analyses utilisées par l'équipe de recherche pour déterminer la conversion génique pourraient révéler d'autres changements chromosomiques, y compris des délétions.
Egli et ses collègues dans leur pré-impression voulaient vérifier directement expérimentalement la présence de conversion génique, mais n'ont pas pu la détecter. Burjo note que les expériences décrites dans la pré-impression de Mitalipov sont similaires à celles menées par son équipe de recherche en 2017. Selon Jin-Soo Kim, généticien à l'Université nationale de Séoul et co-auteur de la pré-impression de Mitalipov, les ruptures d'ADN dans différentes parties du chromosome peuvent être corrigées d'une autre manière - c'est, à son avis, l'une des solutions possibles au problème. …
