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Qu'est-ce que l'édition génétique ?
L'édition génétique permet d'apporter des modifications précises au génome des organismes. Il s'agit d'apporter des modifications précises en ajoutant, modifiant ou supprimant des paires de bases azotées de la séquence d'ADN. Parmi toutes les techniques disponibles, la technologie CRISPR-Cas9 a acquis une grande popularité en raison de sa grande efficacité, de sa précision et de sa relative simplicité d'utilisation.
Comment fonctionne CRISPR-Cas9 ?
- On utilise un guide ARN, qui est une petite séquence de 20 paires de bases correspondant à la partie de l'ADN à modifier.
- Ce guide conduit l'enzyme Cas9 exactement à l'endroit où la coupure doit être effectuée dans les deux brins d'ADN (figure 1).
- Après la coupure, l'organisme tente de réparer l'ADN par un processus appelé jonction des extrémités non homologues (NHEJ). Au cours de cette réparation, certaines paires de bases peuvent être ajoutées ou perdues à l'endroit de la coupure.
- Ces modifications de l'ADN peuvent altérer le code de lecture du gène, ce qui entraîne des changements dans la séquence d'acides aminés de la protéine produite par le gène. En conséquence, la protéine peut devenir défectueuse ou cesser complètement de fonctionner (figure 2).
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Rappelons que les protéines sont constituées de longues chaînes d'acides aminés, qui sont les unités de base des protéines. Il existe 20 types différents d'acides aminés, chacun étant codé par une séquence spécifique de trois bases azotées dans l'ADN, appelées triplets ou codons. Ces bases peuvent être l'adénine, la cytosine, la thymine et la guanine.  Lorsque le code de lecture de l'ADN (c'est-à-dire la manière dont les bases sont regroupées en triplets) est modifié, la séquence des codons change également. Cela peut entraîner l'incorporation d'acides aminés incorrects lors de la synthèse des protéines, ou même provoquer l'apparition d'un codon d'arrêt, qui interrompt la formation des protéines (figure 2). |
Figure 1 : Édition de gènes à l'aide du système CRISPR-Cas9. Un ARN guide (ARNg) reconnaît une région génomique spécifique, laquelle dirige l'endonucléase ADN Cas9. Cette enzyme produit une rupture des deux brins d'ADN à l'endroit précis. Adapté de : https://es.moleculardevices.com/applications/gene-editing-with-crispr-engineering
Figure 2 : Exemple d'insertion d'un nucléotide qui implique un changement dans le code de lecture et entraîne la formation d'acides aminés différents de la normale et enfin un codon d'arrêt qui stoppe la formation d'autres acides aminés pour cette protéine. Source : https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Mutacion-con-cambio-del-marco-de-lectura
Animaux knock-out : lorsque des modifications de l'ADN rendent une protéine inopérante.
Un animal est considéré comme knock-out (KO) pour un gène spécifique lorsque des modifications génétiques désactivent la fonction d'une protéine. Ces changements sont similaires aux mutations qui peuvent se produire naturellement par le biais de processus spontanés, mais dans ce cas, ils sont effectués de manière contrôlée et ciblée. Par conséquent, il n'est pas possible de distinguer si une mutation chez un animal s'est produite naturellement ou a été induite en laboratoire.
| Il est important de noter que, dans ce processus, le matériel génétique d'autres espèces n'est PAS introduit, de sorte que les animaux KO générés par cette technique ne sont pas considérés comme transgéniques. |
Les animaux résistants au virus du SDRP sont un exemple d'animal KO. Pour que le virus SDRP infecte le porc, il doit se lier à un récepteur spécifique présent dans les macrophages alvéolaires des poumons du porc. Ce récepteur est codé par le domaine SRCR5 du gène CD163 (figure 3). Si ce récepteur est modifié ou supprimé par édition génétique, le virus ne peut plus s'attacher aux cellules, ce qui empêche l'infection et rend le porc complètement résistant au SDRPv. Cette résistance génétique peut être transmise à la descendance, ce qui garantit que les générations futures seront résistantes au SDRP.
Animaux « knock-in » : introduction de nouveaux brins d'ADN et de nouveaux gènes
Une autre approche de l'édition de gènes consiste à profiter du moment où l'ADN est coupé par Cas9 pour introduire un nouveau brin d'ADN. Ce faisant, la cellule peut incorporer ce nouveau matériel génétique par un processus appelé recombinaison homologue dirigée (HDR. Figure 1). Il est ainsi possible de remplacer une séquence d'ADN défectueuse par une séquence fonctionnelle et de corriger le gène pour le rendre à nouveau opérationnel ou de modifier le code de lecture pour générer un animal KO, dans lequel un gène a été désactivé. En outre, cette technique permet d'insérer dans le génome de l'organisme un nouveau gène supplémentaire qu'il ne possédait pas auparavant, appelé knock-in (KI) ou transgène.
| Si le gène introduit provient d'une autre espèce, on crée une combinaison génétique qui ne se produit pas naturellement. Ce type d'organisme est appelé animal transgénique, car il intègre dans son ADN des gènes d'une autre espèce. |
Les porcs transgéniques sont par exemple ceux dans lesquels a été inséré le gène UPC1, qui n'est pas naturellement présent chez cette espèce. Ce gène leur permet de mieux réguler leur température corporelle, ce qui les rend plus aptes à résister aux basses températures. De ce fait, les porcs accumulent moins de graisse sous-cutanée pour maintenir leur température corporelle, ce qui augmente le pourcentage de tissu maigre (figure 3).
Figure 3 : Des images infrarouges ont été prises à 0, 2 et 4 heures d'exposition au froid chez des porcs de 6 mois. Épaisseur du lard dorsal chez des porcelets de 20 kg. Source : Zheng et al. (2017). « Reconstitution of UCP1 using CRISPR/Cas9 in the white adipose tissue of pigs decreases fat deposition and improves thermogenic capacity ». Proc Natl Acad Sci U S A 114(45) : E9474-E9482.
Éditeurs de bases : un outil précis pour l'édition de gènes
Une alternative plus récente en matière d'édition de gènes est l'utilisation d'éditeurs de base, qui sont des enzymes spécialisées qui, au lieu de couper l'ADN, échangent précisément une paire de bases à un endroit spécifique du génome. Ce processus permet d'apporter des modifications ciblées à l'ADN sans provoquer de rupture.
Ce type de substitution peut avoir plusieurs effets. Dans certains cas, la modification introduit un codon d'arrêt, qui interrompt prématurément la production de la protéine, la laissant incomplète et éventuellement non fonctionnelle. Dans d'autres cas, la modification altère un acide aminé de la protéine (appelée mutation aberrante), ce qui peut modifier sa structure et affecter sa fonction. Dans les deux cas, ces altérations peuvent compromettre la fonctionnalité de la protéine.
Figure 4 : Utilisation d'éditeurs de bases pour générer des mutations ponctuelles dans le génome.
Les porcs génétiquement modifiés sont-ils tous identiques ? Développement réglementaire vs. développement technique
Il est important d'avoir une compréhension technique des différents types d'édition de gènes, car les réglementations qui s'appliquent, ou devraient s'appliquer, varient d'un cas à l'autre. Actuellement, la plupart des législations mondiales limitent strictement l'utilisation d'animaux transgéniques et la commercialisation de leurs produits. Toutefois, des progrès sont réalisés pour distinguer les animaux issus du génie génétique des animaux transgéniques, ce qui pourrait conduire à des réglementations différenciées. Techniquement, ces deux types de modifications génétiques sont complètement différents.
Dans l'Union européenne, la réglementation relative aux produits végétaux génétiquement modifiés, appelés nouvelles techniques génomiques (NGT), est déjà en cours d'examen. Cela pourrait permettre à ces plantes d'être exemptées des lois régissant les organismes génétiquement modifiés (OGM). Toutefois, à ce jour, les animaux édités génétiquement sont toujours soumis à la législation sur les OGM, ce qui limite leur développement et leur commercialisation future.
Projet financé par la Fondation Seneca 22065/PI/22.