CRISPR-Cas9 : l'édition du génome

Objectif

Expliquer le fonctionnement de l'édition du génome par CRISPR-Cas9 et discuter ses usages.

1. Origine : une immunité bactérienne

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) désigne des séquences répétées du génome bactérien séparées par des fragments d'ADN viral mémorisés lors d'infections passées. Associées aux protéines Cas, elles constituent un système immunitaire adaptatif qui reconnaît et coupe l'ADN d'un virus déjà rencontré. Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna en ont fait un outil programmable, ce qui leur a valu le prix Nobel de chimie 2020.

2. Mécanisme

1. Un ARN guide d'une vingtaine de nucléotides est synthétisé pour être complémentaire de la séquence cible.
2. Le complexe ARN guide–Cas9 balaie le génome et s'arrête là où la complémentarité est parfaite, à condition qu'un court motif PAM (5'-NGG-3') soit présent juste après.
3. La nucléase Cas9 coupe les deux brins de l'ADN : c'est une cassure double brin.
4. La cellule répare :
   • par NHEJ (jonction d'extrémités non homologues), réparation rapide mais imprécise qui introduit des insertions ou délétions et inactive le gène (knock-out) ;
   • par HDR (recombinaison homologue), en présence d'une matrice fournie par l'expérimentateur, ce qui permet de corriger ou insérer une séquence choisie.

3. Atouts et limites

Par rapport aux outils antérieurs (nucléases à doigts de zinc, TALEN), CRISPR est peu coûteux, rapide et multiplexable : plusieurs gènes peuvent être ciblés simultanément. Sa principale limite est le risque de coupures hors cible (off-target) et le mosaïcisme lorsque l'édition intervient après les premières divisions de l'embryon.

4. Applications

• Recherche : lignées cellulaires et modèles animaux pour comprendre la fonction d'un gène.
• Thérapie : le traitement Casgevy, approuvé fin 2023 au Royaume-Uni et aux États-Unis puis en 2024 dans l'Union européenne, traite la drépanocytose et la bêta-thalassémie en réactivant l'hémoglobine fœtale des cellules souches du patient. C'est la première thérapie CRISPR autorisée.
• Agronomie : variétés tolérantes à la sécheresse ou résistantes à des pathogènes.
• Diagnostic : tests de détection d'acides nucléiques dérivés de Cas12 et Cas13.

5. Enjeux éthiques et cadre juridique

On distingue l'édition somatique (cellules du patient, non transmissible) de l'édition germinale (embryon, gamètes), transmissible à la descendance. Cette dernière est interdite en France par les lois de bioéthique (révision de 2021) et condamnée internationalement depuis l'affaire des « bébés CRISPR » chinois de 2018. Le débat porte sur la frontière entre soin et amélioration, sur le consentement des générations futures et sur l'accès équitable à des traitements dont le coût dépasse le million d'euros.

À retenir

• ARN guide = spécificité, Cas9 = ciseaux, PAM = condition de coupure.
• NHEJ inactive, HDR corrige.
• Casgevy : première thérapie CRISPR autorisée (2023-2024).
• Édition germinale interdite en France.