New CRISPR method enables researchers to silence most genes in the human genome without changing the underlying DNA sequence – puis d’inverser les changements Crédit: Jennifer Cook-Chrysos / Whitehead Institute

Over the past decade, le système d’édition de gènes CRISPR-Cas9 a révolutionné le génie génétique, permettant aux scientifiques d’apporter des modifications ciblées à l’ADN des organismes Alors que le système pourrait potentiellement être utile dans le traitement de diverses maladies, l’édition CRISPR-Cas9 consiste à couper les brins d’ADN, entraînant des modifications permanentes du matériel génétique de la cellule.

Now, dans un article publié en ligne dans Cell le 9 avril, les chercheurs décrivent une nouvelle technologie d’édition de gène appelée CRISPRoff qui permet aux chercheurs de contrôler l’expression des gènes avec une haute spécificité tout en laissant la séquence de l’ADN inchangée. Designed by Jonathan Weissman, membre du Whitehead Institute, assistant professor at the University of California at San Francisco, Luke Gilbert, postdoctorant du laboratoire Weissman James Nuñez et collaborateurs, la méthode est suffisamment stable pour être héritée à travers des centaines de divisions cellulaires, et est également entièrement réversible

“The big story here is that we now have a simple tool that can silence the vast majority of genes.”, declares Weissman, who is also a professor of biology at MIT and a researcher at the Howard Hughes Medical Institute «We can do this for multiple genes at the same time without any DNA damage, with great homogeneity and in a way that can be reversed. It is an excellent tool for controlling gene expression”

The project was partially funded by a grant from 2017 of the Defense Advanced Research Projects Agency to create a reversible gene editor «Fast forward four years [from the initial grant], and CRISPRoff finally works as expected in science fiction style», déclare le co-auteur principal Gilbert “It's exciting to see it work so well in practice”

Le système CRISPR-Cas9 classique utilise une protéine coupant l’ADN appelée Cas9 trouvée dans le système immunitaire bactérien Le système peut être ciblé sur des gènes spécifiques dans des cellules humaines à l’aide d’un seul ARN guide, où les protéines Cas9 créent de minuscules cassures dans le brin d’ADN. Ensuite, la machinerie de réparation existante de la cellule corrige les trous

Parce que ces méthodes modifient la séquence d’ADN sous-jacente, elles sont permanentes De plus, leur dépendance vis-à-vis des mécanismes de réparation cellulaire «internes» signifie qu’il est difficile de limiter le résultat à un seul changement souhaité. «As beautiful as CRISPR-Cas9 is, it entrusts the repair to natural cellular processes, which are complex and multifaceted», declares Weissman «It is very difficult to control the results”

C’est là que les chercheurs ont vu une opportunité pour un autre type d’éditeur de gènesun éditeur qui n’a pas modifié les séquences d’ADN elles-mêmes, mais a changé la façon dont elles étaient lues dans la cellule

Ce type de modification est ce que les scientifiques appellent «épigénétique» – les gènes peuvent être réduits au silence ou activés en fonction de modifications chimiques du brin d’ADN Les problèmes d’épigénétique d’une cellule sont responsables de nombreuses maladies humaines telles que le syndrome du X fragile et divers cancers, and can be passed down from generation to generation

Le silençage génique épigénétique fonctionne souvent par méthylationl’ajout d’étiquettes chimiques à certains endroits du brin d’ADNqui rend l’ADN inaccessible à l’ARN polymérase, l’enzyme qui lit les informations génétiques de la séquence d’ADN en ARN messager les transcriptions, qui peuvent finalement être les modèles pour les protéines

Weissman et ses collaborateurs avaient précédemment créé deux autres éditeurs épigénétiques appelés CRISPRi et CRISPRamais les deux étaient accompagnés d’une mise en garde. Pour qu’elles fonctionnent dans les cellules, les cellules devaient continuellement exprimer des protéines artificielles pour maintenir les changements.

“With this new CRISPRoff technology, you can [briefly express a protein] to write a program that the cell remembers and runs indefinitely”, explains Gilbert «It changes the game, so now you are essentially writing a change which is transmitted through cell divisions – in some ways, we can learn to create a version 20 of CRISPR-Cas9 which is safer and just as effective, and can do all these other things too”

To create an epigenetic editor that could mimic the natural methylation of DNA, researchers have created a tiny protein machine that, guided by small RNAs, can bond methyl groups to specific points of the strand. Ces gènes méthylés sont ensuite «silenced» or disabled, d’où le nom CRISPRoff

Étant donné que la méthode ne modifie pas la séquence du brin d’ADN, les chercheurs peuvent inverser l’effet de silence en utilisant des enzymes qui éliminent les groupes méthyle, une méthode qu’ils ont appelée CRISPRon

En testant CRISPRoff dans différentes conditions, les chercheurs ont découvert quelques fonctionnalités intéressantes du nouveau système D’une part, ils pourraient cibler la méthode sur la grande majorité des gènes du génome humainet cela a fonctionné non seulement pour les gènes eux-mêmes, mais aussi pour d’autres régions de l’ADN qui contrôlent l’expression des gènes mais ne codent pas pour les protéines. «Cela a été un énorme choc même pour nous, car nous pensions que cela ne s’appliquerait qu’à un sous-ensemble de gènes», déclare le premier auteur Nuñez

Moreover, étonnamment pour les chercheurs, CRISPRoff a même pu réduire au silence les gènes qui n’avaient pas de grandes régions méthylées appelées îlots CpG, ce qui était auparavant considéré comme nécessaire à tout mécanisme de méthylation de l’ADN.

«Ce que l’on pensait avant ce travail était que les 30 pour cent des gènes qui n’ont pas d’îlot CpG n’étaient pas contrôlés par la méthylation de l’ADN», dit GilbertMais notre travail montre clairement que vous n’avez pas besoin d’un îlot CpG pour désactiver les gènes par méthylation. This, for me, a été une grande surprise

Pour étudier le potentiel de CRISPRoff pour des applications pratiques, les scientifiques ont testé la méthode dans des cellules souches pluripotentes induites. Ce sont des cellules qui peuvent se transformer en d’innombrables types de cellules dans le corps en fonction du cocktail de molécules auxquelles elles sont exposées, et sont donc des modèles puissants pour étudier le développement et la fonction de types de cellules particuliers.

Les chercheurs ont choisi un gène pour faire taire les cellules souches, puis les ont incités à se transformer en cellules nerveuses appelées neurones Lorsqu’ils ont recherché le même gène dans les neurones, ils ont découvert qu’il était resté silencieux dans 90% cells, révélant que les cellules conservent une mémoire des modifications épigénétiques apportées par le système CRISPRoff même lorsqu’elles changent de type cellulaire.

Ils ont également sélectionné un gène à utiliser comme exemple de la façon dont CRISPRoff pourrait être appliqué à la thérapeutique: le gène qui code pour la protéine Tau, impliquée dans la maladie d’Alzheimer. Après avoir testé la méthode dans les neurones, ils ont pu montrer que l’utilisation de CRISPRoff pouvait être utilisée pour réduire l’expression de Tau, mais pas entièrement. «What we showed, this is a viable strategy to silence Tau and prevent the expression of this protein», declares Weissman «The question is, so, comment livrez-vous cela à un adulte? Et serait-ce vraiment suffisant pour avoir un impact sur la maladie d’Alzheimer? These are big open questions, en particulier la dernière

Même si CRISPRoff ne conduit pas à des thérapies contre la maladie d’Alzheimer, il existe de nombreuses autres conditions auxquelles il pourrait potentiellement s’appliquer Et bien que la livraison à des tissus spécifiques reste un défi pour les technologies d’édition de gènes telles que CRISPRoff, «nous avons montré que vous pouvez le fournir de manière transitoire sous forme d’ADN ou d’ARN, la même technologie qui est à la base du vaccin contre les coronavirus Moderna et BioNTech», Weissman dit

Weissman, Gilbert et leurs collaborateurs sont également enthousiasmés par le potentiel de CRISPRoff pour la recherche «Puisque nous pouvons maintenant faire taire n’importe quelle partie du génome que nous voulons, c’est un excellent outil pour explorer la fonction du génome», declares Weissman

Moreover, disposer d’un système fiable pour modifier l’épigénétique d’une cellule pourrait aider les chercheurs à apprendre les mécanismes par lesquels les modifications épigénétiques sont transmises à travers les divisions cellulaires «Je pense que notre outil nous permet vraiment de commencer à étudier le mécanisme de l’héritabilité, en particulier l’héritabilité épigénétique, qui est une énorme question dans les sciences biomédicales», dit Nuñez

Reference: «Mémoire transcriptionnelle programmable à l’échelle du génome par édition d’épigénome basée sur CRISPR» par James K Nuñez, Jin Chen, Greg C Pommier, J Zachery Cogan, Joseph M Replogle, Carmen Adriaens, Gokul N Ramadoss, Quanming Shi, Roi L Hung, Avi J Samelson, Angela N Pogson, James YS Kim, Amanda Chung, Manuel D Léonetti, Howard Y Chang, Martin Kampmann, Bradley E Bernstein, Volker Hovestadt, Luc A Gilbert et Jonathan S Weissman, 9 avril 2021, CellDOI: 101016 / jcellule202103025

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News – United States – Genetic engineering 20: un interrupteur marche-arrêt pour l’édition génique
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Genetic engineering 20: An on-off switch for gene editing
MIT and UCSF researchers create CRISPR & # 39; on-off switch& # 39; which controls gene expression without altering DNA
CRISPR Delicious Gene Editing Market CAGR of 23% from here 2028 | Synthego, Addgene, Merck KGaA, Thermo Fisher
Les scientifiques de l’UCL cherchent à faire progresser l’édition de gènes

Source: https://scitechdaily.com/genetic-engineering-2-0-an-on-off-switch-for-gene-editing/

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