Exploitation pédagogique. Sixième partie
Introduction
Dans le prolongement de la cinquième sur les perspectives thérapeutiques, cette sixième partie envisage le principe d'une thérapie génique de la DM1 reposant sur l’utilisation du système CRISPR-Cas9. Elle comprend deux ensembles :
- Le premier est sur le principe d’une telle thérapie et a pour objectif de faire le point sur les aspects essentiels de l’action du système CRISPR-Cas9.
- Le deuxième examine une application très récente du système pour traiter la DM1 avec pour objectif de supprimer les causes génétiques de la maladie à savoir l’expansion des triplets CTG dans la région 3’UTR non transcrite du gène DMPK.
Rappel : Données et questionnements. Sixième partie.
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Sixième partie : Une thérapie génique utilisant le système CRISPR- |
Exploitation pédagogique.
Principe d’une thérapie génique utilisant le système CRISPR-Cas9
Introduction
La figure 1 utilise les données de base sur les mécanismes moléculaires de la DM1 pour présenter de façon globale la thérapie assurée par CRISPR-Cas9 et ses résultats. On a représenté la région 3’ UTR d’un allèle muté du gène DMPK avec son expansion (CUG)n. C’est la séquence ADN cible qu’on veut modifier. Deux enzymes Cas9 situées de part et d’autre de l’expansion CUG coupent la séquence de l’allèle comme le suggère la représentation avec des ciseaux. En dessous, le résultat de cette action de Cas9 sur la séquence de l’allèle est traduit par la suppression de l’expansion CUG. Enfin, en dessous, la conséquence thérapeutique de l’action du système est illustrée par la réduction du nombre de foci (agrégats nucléaires,) formés par les ARNm toxiques.
Toute utilisation du système CRISPR-Cas9 a pour effet d’agir sur la séquence d’un gène en la modifiant (de façon variable suivant le gène visé) grâce à l’action d’une nucléase, enzyme qui coupe la séquence du gène cible en un endroit précis. On utilise l’expression d’édition génique pour qualifier cette action.
- Les acteurs du système CRISPR-Cas 9
L’enzyme Cas9 n’est pas le seul élément impliqué dans l’édition génique réalisée par CRISPR-Cas9. Deux autres éléments, l’ARN guide gARN et une séquence PAM jouent ainsi un rôle très important .
Le travail des élèves peut consister à exploiter les textes sur les fonctions des acteurs du système pour interpréter la figure 2 qui représente une étape de son action.
On voit que l’ARN guide isolé à droite est associé à l’enzyme Cas9 sur la figure de gauche (par sa région en épingle à cheveux) et que le complexe Cas9-ARN guide a provoqué la séparation des deux brins de l’ADN cible. Cela a été suivi de l’appariement de la séquence d’un brin de l’ADN cible avec la séquence de 20 nucléotides de l’ARN guide. La figure 3 indique le mécanisme de cet appariement. La séquence de 20 nucléotides de l’ARN guide (sgARN=gARN ) ici exprimée en langage ADN est complémentaire de la séquence de l’ADN cible. C’est cela qui déclenche l’activité nucléase de Cas9 qui coupe les deux brins de l’ADN cible (triangles rouges sur la figure 3 et les X de la figure de gauche).
Il reste à préciser le rôle de la séquence PAM. Sur la figure 3, on repère la séquence PAM TGG. Son rôle est très important car le complexe Cas9-ARN guide ne provoque la séparation des deux brins de l’ADN cible qu’après reconnaissance dune telle séquence. On constate aussi que la coupure réalisée par Cas9 est située à très proche proximité de la séquence PAM.
Si après avoir reconnu une séquence PAM l’ARN guide ne s’avère pas complémentaire de la séquence de l’ADN cible, Cas9 ne coupe pas l’ADN cible et s’en sépare à la recherche d’une autre séquence PAM. Ce n’est pas l’enzyme qui reconnaît spécifiquement l’endroit où couper l’ADN cible. C’est l’ARN guide conçu par le chercheur qui guide CAS9 dans son action.
Questionnement
B - Tests de la compréhension du système d’édition génique CRISPR-Cas9
1 - Légender la figure 5 de « Données et questionnement » en utilisant les termes et expressions suivantes : Cas 9 ; ADN cible ; séquence PAM, région de l’ARN guide permettant la formation du complexe Cas9-ARN guide ; endroit où Cas9 coupe les deux brins de l’ADN cible ; endroit où l’ADN cible et l’ARN guide ont des séquences complémentaires.
2. Donner un titre et un court commentaire à chacune des étapes de l’action de CRISPR-Cas9.
a - Cas9 et ADN cible
Cas9 et l’ARN guide sont initialement séparés. Les flèches indiquent que l’ARN guide s’associe avec Cas-9 formant ainsi le complexe Cas9-ARN guide.
b - Le complexe Cas9-ARN guide et une séquence PAM
Le complexe reconnaît sur l’ADN cible une séquence PAM NGG. Il se lie à cette séquence et provoque la séparation des deux brins de l’ADN cible dans la région adjacente en amont de PAM.
c - Appariement de la séquence de 20 nucléotides de l’ARN guide avec celle de l’ADN cible
Dans cette figure, on a supposé que les séquences sont bien complémentaires. Cela entraîne l’activation de Cas9 qui coupe les deux brins de l’ADN cible, 3 paires de nucléotides en amont de PAM.
d - Résultats de l’action de CRISPR-Cas9
- L’ADN cible est coupé et pourra par la suite être modifié en fonction des objectifs des chercheurs.
- Le complexe Cas9-ARN guide est libéré et pourra agir à nouveau s’il trouve une autre séquence PAM.
- Si après la séparation des deux brins de l’ADN cible, l’appariement se fait mal avec l’ARN guide, le complexe Cas9-ARN cible est libéré sans qu’il ait eu de coupure par Cas-9.