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Les « ciseaux moléculaires » CRISPR : révolution ou évolution ?

Erika Brunet
Erika Brunet
directrice de recherche Inserm à l'Institut Imagine

En 2020, le prix Nobel de chimie a été attribué à Emmanuelle Char­p­en­tier et Jen­nifer Doud­na pour une tech­nique mise au point seule­ment 8 années aupar­a­vant. Con­nue sous le nom de CRISPR/Cas9 – ou « ciseaux molécu­laires » –, cette méth­ode a été intro­duite pour la pre­mière fois dans un arti­cle pub­lié en 2012 dans la pres­tigieuse revue Sci­ence. Depuis, la tech­nique a été présen­tée comme une révo­lu­tion dans le monde de la biolo­gie molécu­laire… et au-delà.

La Dre. Eri­ka Brunet, chercheuse INSERM à l’In­sti­tut Imag­ine dans le domaine de la biolo­gie cel­lu­laire et molécu­laire, utilise régulière­ment cette tech­nique dans son lab­o­ra­toire. Pour elle, et même si l’on a présen­té le CRISPR/Cas9 comme une véri­ta­ble révo­lu­tion, il ne faut pas oubli­er que cette décou­verte n’au­rait pas pu être faite si d’autres chercheurs n’avaient pas ouvert la voie.

Com­ment le CRISPR-Cas9 a‑t-il trans­for­mé la recherche en biologie ?

Eri­ka Brunet. Le CRISPR-Cas9 est une tech­nique très effi­cace pour couper l’ADN à un endroit pré­cis. Cela per­met de rem­plac­er la séquence coupée par une autre : c’est l’un des fon­da­men­taux de « l’édi­tion des gènes ». Bien que ce ne soit pas la pre­mière méth­ode d’altéra­tion de l’ADN qui existe, c’est une méth­ode très effi­cace, « facile à utilis­er » et flex­i­ble. Elle ouvre la porte à de nom­breuses appli­ca­tions, notam­ment aux thérapies géniques, qui pour­raient nous per­me­t­tre de rem­plac­er des gènes défectueux chez les patients pour guérir cer­taines maladies.

Il existe égale­ment de nom­breuses appli­ca­tions dans le domaine de la recherche. Dans mon domaine, la can­cérolo­gie, nous util­isons le CRISPR/Cas9 pour rechercher de nou­velles cibles thérapeu­tiques. Nous découpons des gènes dans cer­taines cel­lules pour retrac­er les étapes de la crois­sance des tumeurs. L’outil est très mani­able : il suf­fit de com­man­der la séquence d’ARN souhaitée à une entre­prise externe ou de la syn­thé­tis­er soi-même, ce qui est éton­nam­ment facile à faire pour un biologiste !

Cepen­dant, il est pour moi impor­tant de soulign­er que le CRISPR/Cas9 n’au­rait pas pu voir le jour si de nom­breuses années de recherche ne l’avaient pas précédé. Oui, le CRIP­SR-Cas9, qui a rem­porté le prix Nobel, con­stitue la « nou­velle généra­tion » des ciseaux molécu­laires. Mais il s’ag­it d’une tech­nique qui est davan­tage une évo­lu­tion de la tech­nolo­gie molécu­laire qu’une idée totale­ment nou­velle. On ne le dit pas assez.

Cela dit, le CRISPR reste une tech­nique fan­tas­tique car elle fonc­tionne « en un claque­ment de doigt » : la con­cep­tion de chaque CRISPR/Cas9 pour une cible ADN ne prend que quelques jours. Aupar­a­vant, lorsque nous voulions couper l’ADN à un endroit pré­cis, nous réus­sis­sions dans env­i­ron une cel­lule sur un mil­lion. Avec le CRISPR, nous réus­sis­sons sou­vent dans une cel­lule sur 100 – le saut est donc énorme.

Avec vos recherch­es, vous ten­tez de mieux com­pren­dre les tumeurs. En quoi le CRISPR-Cas9 vous aide-t-il ?

Aupar­a­vant, lorsque nous voulions couper l’ADN à un endroit pré­cis, nous réus­sis­sions dans env­i­ron une cel­lule sur un million.

Dans mon lab­o­ra­toire, nous étu­dions les cel­lules tumorales, plus pré­cisé­ment le proces­sus par lequel une cel­lule nor­male devient can­céreuse. De nom­breux can­cers, tels que la leucémie et les lym­phomes, se dévelop­pent à la suite d’une altéra­tion géné­tique acci­den­telle – un proces­sus appelé la « translo­ca­tion génomique ». Ce phénomène se pro­duit lorsque deux chro­mo­somes d’une cel­lule se cassent et échangent un long morceau de leur ADN. La plu­part du temps, lorsque cela se pro­duit, il ne se passe rien, parce que cet échange ne mod­i­fie pas de séquence impor­tante. Mais dans cer­tains cas, un nou­veau gène, appelé « oncogène », se forme. Ce gène oblige alors les cel­lules à se « trans­former » et à se dévelop­per de manière chao­tique, ce qui finit par entraîn­er la for­ma­tion d’une tumeur. 

Nous pou­vons utilis­er le CRISPR/Cas9 pour étudi­er ce proces­sus, en par­tant du moment où la « translo­ca­tion génomique » survient dans la cel­lule nor­male. Pour ce faire, il suf­fit de couper l’ADN d’une cel­lule d’o­rig­ine de la mal­adie (une cel­lule san­guine, par exem­ple) pour recréer le nou­veau gène « oncogène », en trans­for­mant ain­si la cel­lule saine en cel­lule can­céreuse. Ces cel­lules can­céreuses se répliquent de manière incon­trôlée, et nous les trans­férons à une souris pour étudi­er les tumeurs qui se forment.

Cela nous per­met de repro­duire, dans des con­di­tions expéri­men­tales, la série d’événements iden­tique à celle qui se pro­duirait dans la vie réelle, et de dis­sé­quer le proces­sus tumoral depuis son orig­ine. Nous pou­vons ain­si mieux com­pren­dre com­ment l’altération de l’ADN d’une cel­lule peut poten­tielle­ment men­er au développe­ment d’une leucémie, d’un lym­phome ou de toute autre forme de can­cer. Tout cela pour iden­ti­fi­er de nou­veaux mar­queurs tumoraux et de nou­velles cibles thérapeutiques.

Quels sont les avan­tages de la tech­nique CRISPR-Cas9 dans votre domaine ?

Nous tra­vail­lons sur des can­cers spé­ci­fiques tels que le sar­come d’Ew­ing, un can­cer des os qui touche prin­ci­pale­ment les enfants et les ado­les­cents. Actuelle­ment, dans la plu­part des cas, le pronos­tic est très mau­vais – le can­cer se métas­tase (c’est-à-dire qu’il se propage au reste du corps) chez au moins 30 % des patients. Bien que nous ayons du mal à traiter effi­cace­ment le sar­come d’Ew­ing, nous en savons pas mal sur ses orig­ines. Dans env­i­ron 90 % des cas, la mal­adie est le résul­tat d’une translo­ca­tion génomique pro­duite par le remaniement acci­den­tel des chro­mo­somes 11 et 22. C’est pourquoi nous util­isons le CRISPR-Cas9 pour recréer l’er­reur en coupant pré­cisé­ment les chro­mo­somes 11 et 22. En util­isant les com­bi­naisons de dif­férentes muta­tions de patients induites par CRISPR/Cas9, nous avons récem­ment obtenu un mod­èle unique de sar­co­magénèse d’Ew­ing qui devrait être pré­cieux pour la com­mu­nauté sci­en­tifique tra­vail­lant sur ce can­cer pédi­a­trique par­ti­c­ulière­ment agressif.

En quoi con­sis­taient les méth­odes qui exis­taient avant le CRISPR-Cas9 ?

Au tout début, lorsque j’ai com­mencé mes recherch­es en biolo­gie cel­lu­laire, j’u­til­i­sais des petites séquences d’ADN cou­plées à un agent chim­ique pour le mod­i­fi­er. Mais les séquences ciblées étaient trop nom­breuses car très cour­tes. Ensuite, il y a eu ce que nous appe­lions les « méga-nucléas­es » et les « nucléas­es à doigts de zinc » (ou zinc-fin­ger), qui con­sti­tu­aient une avancée, mais qui étaient encore dif­fi­ciles à génér­er et à utilis­er – et n’étaient donc pas acces­si­bles à tous. Nous avons réal­isé de véri­ta­bles prouess­es grâce à ces tech­niques ; les nucléas­es à doigt de zinc ser­vent par exem­ple pen­dant des essais clin­iques pour des traite­ments con­tre le VIH.

Puis, en 2010, nous avons assisté à l’ar­rivée des TALEN. Ils étaient beau­coup plus faciles à manip­uler, notam­ment parce qu’ils étaient assem­blés en lab­o­ra­toire en moins de trois semaines avec un code sim­pli­fié per­me­t­tant de recon­naître chaque paire de base de l’ADN. Les nucléas­es ont ain­si pu être util­isées à grande échelle. Mais deux ans plus tard, le CRISPR/Cas9 est arrivé, faisant tomber les TALEN de leur trône. D’autres ont donc beau­coup tra­vail­lé en dévelop­pant des tech­niques et en met­tant au point l’édi­tion de gènes pour de nom­breux types de cel­lules de dif­férentes espèces, ouvrant ain­si la voie au CRISPR.

Propos recueillis par James Bowers

Auteurs

Erika Brunet

Erika Brunet

directrice de recherche Inserm à l'Institut Imagine

Erika Brunet travaille sur la biologie du cancer pour comprendre comment les altérations de l'ADN induisent l'apparition des cancers. En utilisant des méthodes d'édition du génome comme CRISPR/Cas9, elle déchiffre comment des cellules normales deviennent cancéreuses afin d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Elle travaille comme directrice de recherche à l'INSERM, dans le laboratoire Dynamique du génome dans le système immunitaire à l'Institut Imagine, à Paris.