Des chercheurs japonais ont réussi à filmer les ciseaux moléculaires CRISPR-Cas9 en train de couper de l’ADN. Ce travail apporte de nouvelles informations sur le processus qui permet de modifier des génomes dans les laboratoires utilisant ces techniques de génie génétique.

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    Les ciseaux moléculaires CRISPR-Cas9 font à nouveau parler d'eux... Mais, cette fois-ci, pas pour des questions de bioéthique : ils sont les vedettes d'un film un peu particulier, réalisé par des scientifiques des universités de Kanazawa et de Tokyo, au Japon.

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    CRISPR-Cas9 est une technique de génie génétique employée pour modifier facilement le génome d'êtres vivants. Le terme CRISPR (pour Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic RepeatsClustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) fait référence à des séquences d'ADN trouvées dans des bactéries qui contiennent des fragments d'ADN de virus ayant infecté celles-ci. Ces fragments sont utilisés par les bactéries pour se protéger d'attaques futures par les mêmes virus : c'est une sorte de « mémoire immunitaire » des infections.

    Cas9 est une protéineprotéine qui a une activité de nucléasenucléase, c'est-à-dire qu'elle peut couper l'ADN. La nucléase Cas9 se lie à un ARN guide qui cible un site précis de l'ADN : le système CRISPR-Cas9 peut couper l'ADN à un endroit précis. La sélection du site à couper se fait grâce à l'ARNARN guide associé à la protéine Cas9.

    Dans un article paru dans Nature Communications, les chercheurs japonais expliquent comment ils ont visualisé le complexe en pleine action, en particulier comment il coupe l'ADN.

    GIF animé du clivage de l’ADN : la flèche magenta, à gauche, montre les mouvements du domaine nucléase et, à la fin, une flèche bleue, à droite, signale les produits de clivage. ©<em> Kanazawa University</em>

    GIF animé du clivage de l’ADN : la flèche magenta, à gauche, montre les mouvements du domaine nucléase et, à la fin, une flèche bleue, à droite, signale les produits de clivage. © Kanazawa University

    Voir les ciseaux moléculaires couper l'ADN

    Les chercheurs ont utilisé la microscopie à force atomique à haute vitessevitesse (HS-AFMAFM pour High-Speed Atomic-Force Microscopy), une technique d'imagerie des surfaces : une sonde se déplace au-dessus d'une surface et détecte une force qui est convertie en mesure de hauteur. En balayant toute la surface, elle donne une carte de hauteur de l'échantillon. Des scans rapides permettent de réaliser une sorte de film permettant de visualiser les biomolécules.

    Tout d'abord, les chercheurs ont comparé la protéine Cas9 seule ou associée à l'ARN. Ils ont observé que la protéine seule pouvait adopter plusieurs configurations, alors qu'une fois associée à l'ARN, elle optait pour une structure fixe : l'ARN guide stabilisait la protéine.

    “Cette étude fournit des détails sans précédent sur la dynamique fonctionnelle de CRISPR-Cas9.”

    Ensuite, les chercheurs ont observé comment le complexe Cas9-ARN ciblait l'ADN. Ils ont pu confirmer que le complexe s'associait au niveau d'un motif PAM de l'ADN. PAM est une séquence courte localisée près du site cible de l'ADN qui est complémentaire à l'ARN guide. Le système reconnaît comme signal la courte séquence PAM.

    Enfin, les chercheurs ont visualisé la dynamique du processus de clivageclivage, comme on peut le visualiser ci-dessus. Ces résultats permettent de mieux comprendre le fonctionnement de l'édition génomique. D'après les chercheurs, « cette étude fournit des détails sans précédent sur la dynamique fonctionnelle de CRISPR-Cas9 ».