Les cellules souches d’édition de gènes avec CRISPR pourraient aider à comprendre les tumeurs cérébrales

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Astrocytes cultivés à partir de cellules souches cancéreuses du cerveau. Steven Pollard/Bienvenue Images. Flickr/CC BY-NC-ND 2/0

Au cours des 12 derniers mois, l’acronyme CRISPR a fait son apparition dans l’actualité scientifique à gauche, à droite et au centre. Et pour une bonne raison.

Saluée comme une révolution dans le génie génétique, cette boîte à outils moléculaire permet aux chercheurs d’apporter des modifications remarquablement précises à l’ADN. En observant les conséquences de ces altérations sur les cellules, telles que leur apparence ou leur comportement, les scientifiques peuvent commencer à déterminer ce que font certains gènes.

«CRISPR a complètement transformé le paysage de la façon dont nous étudions la fonction des gènes», déclare le Dr Steven Pollard, l’un de nos experts en tumeurs cérébrales du MRC Center for Regenerative Medicine d’Édimbourg. « Cela ouvre le génome humain pour que nous puissions faire ce que nous voulons génétiquement. »

Et parce que le cancer est une maladie de gènes défectueux, CRISPR a un énorme potentiel pour étudier un radeau de différents types de cancer.

Aujourd’hui, pour la première fois, une équipe de scientifiques dirigée par Pollard a réussi à utiliser CRISPR pour modifier des gènes dans des cellules souches neurales spécialisées, qui joueraient un rôle dans la croissance du type de tumeur cérébrale le plus courant, le glioblastome.

Cet important ouvrage, publié dans la revue Développement, jette les bases d’enquêtes futures plus approfondies. Mais tout d’abord, quelles sont ces cellules souches neurales que les scientifiques bricolent et pourquoi sont-elles si importantes ?

Les étoiles du cerveau

Si vous n’êtes pas familier avec les cellules souches, nous commençons tous notre vie comme un petit paquet d’entre elles dans l’utérus. Comme le Mystique de X-Men qui change de forme, ces cellules étonnantes peuvent changer d’apparence, se transformant en chaque cellule spécialisée du corps.

Dans notre cerveau, un type de cellule souche – appelée cellule souche neurale – se divise pour devenir le mélange complexe de cellules hautement spécialisées formant notre « matière grise », y compris des cellules appelées astrocytes. Ces cellules en forme d’étoile jouent un rôle incroyablement important dans le cerveau, offrant une protection aux autres cellules et réparant celles qui sont endommagées.

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Les astrocytes sont des cellules filiformes en forme d’étoile. Khuloud T. Al-Jamal, Serene Tay et Michael Cicirko, Wellcome Images. Flickr/CC BY-NC-ND 2.0

Au cours de la transformation de la cellule souche neurale en un astrocyte, les cellules en division peuvent commettre une « erreur d’orthographe » génétique, conduisant à une tumeur composée d’astrocytes voyous.

Mais certaines des cellules tumorales deviennent « verrouillées » dans un état de cellules souches neurales et continuent de croître de manière incontrôlable, sans jamais se spécialiser. Ces cellules détraquées, appelées cellules souches de glioblastome, sont considérées comme importantes pour alimenter et maintenir la croissance des tumeurs cérébrales.

Et les similitudes entre les cellules souches du glioblastome et les cellules souches neurales signifient que les chercheurs peuvent étudier les gènes dans les cellules souches neurales pour mieux comprendre comment se forment les glioblastomes.

En introduisant des erreurs génétiques délibérées dans l’ADN des cellules souches neurales, les scientifiques peuvent suivre le rôle qu’elles peuvent jouer dans le cancer. Et grâce au travail de Pollard et de son équipe, ils disposent désormais d’une gamme de nouvelles approches puissantes pour y parvenir, toutes basées sur CRISPR.

Ciseaux et dispositifs d’autoguidage

CRISPR est une boîte à outils en deux parties qui utilise un dispositif d’autoguidage pour rechercher une région spécifique de l’ADN et une paire de « ciseaux moléculaires » pour effectuer une coupe précise à travers les brins.

L’ADN coupé est ensuite signalé au système de réparation de l’ADN de la cellule, qui se met en action pour recoudre les brins cassés. Les scientifiques incitent ensuite sournoisement ce système à commettre une erreur en fournissant un modèle de réparation défectueux.

La prochaine étape évidente consiste à découvrir si nous pouvons utiliser la même technologie dans des cellules prélevées sur des tumeurs cérébrales de patients

– Dr Steven Pollard, Cancer Research UK

Une fois que cette erreur est involontairement copiée dans l’ADN, les scientifiques peuvent suivre les conséquences de ce changement génétique sur la cellule. Consultez le graphique ci-dessous pour voir comment cela fonctionne.

« La plupart des groupes utilisent CRISPR pour apporter des modifications aléatoires aux gènes, ce qui est son utilisation la plus simple », explique Pollard. Mais la dernière étude de l’équipe, dit-il, était axée sur des modifications plus sophistiquées et précises apportées aux cellules souches neurales en laboratoire.

Par exemple, en cousant un marqueur fluorescent sur la molécule produite par un gène appelé SOX2, les scientifiques ont pu suivre le parcours de cette molécule autour de la cellule. Suivre précisément les molécules de cette manière pourrait aider les chercheurs à comprendre le rôle qu’elles jouent dans le cancer et à trouver de nouvelles cibles pour les médicaments.

« La prochaine étape évidente consiste à découvrir si nous pouvons utiliser la même technologie dans des cellules prélevées sur des tumeurs cérébrales de patients », déclare Pollard. En faisant briller des molécules importantes à l’intérieur de ces cellules en laboratoire, Pollard pense qu’ils pourraient « voir quels médicaments sont importants pour détruire cette fluorescence ».160128-CRISPR-avec-CRUK-logo

Faire des progrès

Après avoir prouvé les prouesses d’édition de CRISPR dans les cellules souches neurales, les scientifiques sont ensuite passés à leur prochain défi : pourraient-ils délibérément introduire des défauts dans des gènes déjà connus pour entraîner des tumeurs cérébrales ?

L’équipe a concentré son attention sur 2 gènes différents. Le premier, p53, empêche les cellules de devenir cancéreuses. Il est défectueux dans plus de la moitié des tumeurs humaines, y compris de nombreuses tumeurs cérébrales.

Le second est un gène appelé H3F3A, qui est généralement défectueux dans les glioblastomes infantiles. H3F3A aide à emballer notre ADN en chromosomes.

[The study is] une boîte à outils pour montrer qu’à l’avenir, nous pouvons cibler d’autres gènes pour les étudier et les manipuler de diverses manières

– Dr Steven Pollard, Cancer Research UK

L’équipe a réussi à créer des versions défectueuses de ces deux gènes dans des cellules souches neurales humaines. Et lorsqu’ils ont étudié les cellules hébergeant la version défectueuse de p53 en laboratoire, ils ont découvert qu’elles se divisent plus rapidement – une caractéristique du cancer.

Bien qu’il n’en soit qu’à ses débuts, cette étude a des implications importantes pour la recherche sur les tumeurs cérébrales et donc en fin de compte pour les patients. En démontrant que CRISPR peut être utilisé avec succès pour créer et étudier des gènes défectueux, l’équipe a ouvert la porte à des recherches plus approfondies sur les gènes qui jouent un rôle dans ces tumeurs cérébrales.

« C’est une preuve de principe que cela fonctionne très efficacement », explique Pollard à propos de la technique. « C’est une boîte à outils pour montrer qu’à l’avenir, nous pouvons cibler d’autres gènes pour les étudier et les manipuler de diverses manières. Cela nous aidera à comprendre leur fonction et à révéler comment les manipuler avec de nouveaux médicaments. »

Et en utilisant CRISPR pour comprendre comment les tumeurs cérébrales se développent, cela pourrait conduire à des traitements plus ciblés.

Bien que des progrès significatifs aient été réalisés en médecine anticancéreuse, la survie pour tous les cancers ayant doublé au cours des 40 dernières années, la faible survie est une caractéristique commune aux tumeurs cérébrales, ce qui en fait l’une de nos principales priorités.

Il est clair que nous devons faire plus de toute urgence. Et une meilleure compréhension des tumeurs cérébrales est nécessaire, ce qui est exactement ce que fait cette étude.

Justine

Bressan, RB et al. (2017). Un ciblage génique efficace assisté par CRISPR/Cas9 permet une manipulation génétique rapide et précise des cellules souches neurales de mammifères. Développement.