# La technologie CRISPR/Cas9

Hervé Seitz

IGH (UMR 9002 CNRS et université de Montpellier)

Colloque Technoscience, 13 mars 2018

Le génome et
l'épigénome

L'édition du
génome

Un système
immunitaire
bactérien

Un couteau suisse
moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion

Diaporama accessible au téléchargement sur :
http://www.igh.cnrs.fr/equip/Seitz/TechSc.pdf
# Le génome et l'épigénome

Le génome et
l'épigénome

L'édition du
génome

Un système
immunitaire
bactérien

Un couteau suisse
moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion
# Le génome et l'épigénome

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Le génome et
l'épigénome

L'édition du
génome

Un système
immunitaire
bactérien

Un couteau suisse
moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion
Le génome et l'épigénome

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Le génome et
l'épigénome

L'édition du
génome

Un système
immunitaire
bactérien

Un couteau suisse
moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion

L'information génétique est un plan qui permet de fabriquer
un organisme vivant.
# Le génome et l'épigénome

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Le génome et
l'épigénome

L'édition du
génome

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immunitaire
bactérien

Un couteau suisse
moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion
Le génome et l'épigénome

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immunitaire
bactérien

Un couteau suisse
moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion
# Le génome et l'épigénome

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Le génome et
l'épigénome

L'édition du
génome

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immunitaire
bactérien

Un couteau suisse
moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion
Le génome et l'épigénome

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L'information génétique est une séquence de groupements moléculaires le long de l'ADN.

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moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion
# Le génome et l'épigénome

Les « gènes » sont des portions de génome.

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Un outil trop
efficace ?

Conclusion
# Le génome et l'épigénome

Les « gènes » sont des portions de génome.

Leur expression est modulée par divers mécanismes (notamment des modifications chimiques de l'ADN et des protéines associées : l'« épigénome »).

Le génome et
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Un outil trop
efficace ?

Conclusion
# L'édition du génome

Le but : une modification contrôlée du génome.

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efficace ?

Conclusion
# L'édition du génome

Le but : une modification contrôlée du génome.

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L'édition du
génome

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immunitaire
bactérien

Un couteau suisse
moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion
L'édition du génome

Le but : une modification contrôlée du génome.

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Un outil trop
efficace ?

Conclusion

Principe : couper l'ADN au site-cible, et fournir à la cellule
un ADN-modèle pour la réparation.
L'édition du génome

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ADN coupé

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ADN rabouté

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efficace ?

Conclusion
L'édition du génome

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Le génome et
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efficace ?

Conclusion
L'édition du génome

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Le génome et
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immunitaire
bactérien

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moléculaire

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efficace ?

Conclusion
L'édition du génome

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Le génome et
l'épigénome

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génome

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moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion
# L'édition du génome

Comment couper le génome à l'endroit désiré ?

Le génome et
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bactérien

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Un outil trop
efficace ?

Conclusion
# L'édition du génome

Comment couper le génome à l'endroit désiré ?

* Avec des enzymes naturelles, qui coupent des séquences peu fréquentes, les « méganucléases » (cibles génomiques limitées !).

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bactérien

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Un outil trop
efficace ?

Conclusion
# L'édition du génome

Comment couper le génome à l'endroit désiré ?

* Avec des enzymes naturelles, qui coupent des séquences peu fréquentes, les « méganucléases » (cibles génomiques limitées !).

* En créant des enzymes artificielles, qui reconnaîtraient la séquence ciblée, les « zinc finger nucleases » ou les « TALENs » (difficile !).

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efficace ?

Conclusion

# L'édition du génome

Comment couper le génome à l'endroit désiré ?

* Avec des enzymes naturelles, qui coupent des séquences peu fréquentes, les « méganucléases » (cibles génomiques limitées !).

* En créant des enzymes artificielles, qui reconnaîtraient la séquence ciblée, les « zinc finger nucleases » ou les « TALENs » (difficile !).

Tant que d'autres outils n'étaient pas disponibles, l'édition du génome restait peu utilisée.
# Un système immunitaire bactérien

La technologie CRISPR/Cas9

Le génome et l'épigénome

L'édition du génome

Un système immunitaire bactérien

Un couteau suisse moléculaire

Un outil trop efficace ?

Conclusion
# Un système immunitaire bactérien

Les bactéries sont elles-mêmes menacées par des pathogènes : des virus, et des ADN invasifs.

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Un couteau suisse moléculaire

Un outil trop efficace ?

Conclusion
# Un système immunitaire bactérien

Les bactéries sont elles-mêmes menacées par des pathogènes : des virus, et des ADN invasifs.

Années 1980 et 1990 : des bactéries contiennent des séquences répétées (*Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats*), séparées par des espaceurs non-répétés.

La même séquence, répétée en copies régulièrement espacées

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Un outil trop
efficace ?

Conclusion

# Un système immunitaire bactérien

Les bactéries sont elles-mêmes menacées par des
pathogènes : des virus, et des ADN invasifs.

Années 1980 et 1990 : des bactéries contiennent des séquences répétées (*Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats*), séparées par des espaceurs non-répétés.

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bactérien

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moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion

# Un système immunitaire bactérien

Les bactéries sont elles-mêmes menacées par des
pathogènes : des virus, et des ADN invasifs.

Années 1980 et 1990 : des bactéries contiennent des séquences répétées (*Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats*), séparées par des espaceurs non-répétés.

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2005 : les espaceurs non-répétés sont des fragments de séquences de virus et d'ADN invasif.
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bactérien

Un couteau suisse
moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion

# Un système immunitaire bactérien

Les bactéries sont elles-mêmes menacées par des
pathogènes : des virus, et des ADN invasifs.

Années 1980 et 1990 : des bactéries contiennent des séquences répétées (*Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats*), séparées par des espaceurs non-répétés.

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2005 : les espaceurs non-répétés sont des fragments de séquences de virus et d'ADN invasif. Un rôle protecteur contre ces pathogènes ?
# Un système immunitaire bactérien

On peut contrôler la résistance d'une bactérie à un virus en modifiant la séquence des espaceurs des CRISPR (2007).

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moléculaire

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efficace ?

Conclusion
# Un système immunitaire bactérien

On peut contrôler la résistance d'une bactérie à un virus en modifiant la séquence des espaceurs des CRISPR (2007).

Analyse du mécanisme : les ARN des espaceurs sont chargés sur une protéine Cas9, qui détruit les ADN portant la même séquence.

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Un système immunitaire bactérien

Un couteau suisse moléculaire

Un outil trop efficace ?

Conclusion
# Un système immunitaire bactérien

On peut contrôler la résistance d'une bactérie à un virus en modifiant la séquence des espaceurs des CRISPR (2007).

Analyse du mécanisme : les ARN des espaceurs sont chargés sur une protéine Cas9, qui détruit les ADN portant la même séquence.

Affinements technologiques : on peut fusionner les ARN requis en un unique « ARN-guide ».

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efficace ?

Conclusion
# Un système immunitaire bactérien

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efficace ?

Conclusion
Un système immunitaire bactérien

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→ Une enzyme programmable pour aller couper une région du génome choisie.

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moléculaire

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Conclusion
# Un couteau suisse moléculaire

Pour l'édition des génomes : couper à l'endroit désiré, et fournir un modèle d'ADN qui introduira la séquence voulue.

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efficace ?

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# Un couteau suisse moléculaire

Pour l'édition des génomes : couper à l'endroit désiré, et fournir un modèle d'ADN qui introduira la séquence voulue.

Simplicité d'emploi par rapport aux techniques précédentes ; méthodes d'introduction déjà optimisées (en culture cellulaire et dans l'œuf fécondé).

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Un système immunitaire bactérien

Un couteau suisse moléculaire

Un outil trop efficace ?

Conclusion
Un couteau suisse moléculaire

Pour l'édition des génomes : couper à l'endroit désiré, et
fournir un modèle d'ADN qui introduira la séquence voulue.

Simplicité d'emploi par rapport aux techniques précédentes ;
méthodes d'introduction déjà optimisées (en culture
cellulaire et dans l'œuf fécondé).

Variations sur le thème : une Cas9 incapable de cliver l'ADN
peut être fusionnée à des enzymes de modification chimique
de l'ADN ou des protéines (« édition de l'épigénome »).

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moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion
Un couteau suisse moléculaire

Pour l'édition des génomes : couper à l'endroit désiré, et
fournir un modèle d'ADN qui introduira la séquence voulue.

Simplicité d'emploi par rapport aux techniques précédentes ;
méthodes d'introduction déjà optimisées (en culture
cellulaire et dans l'œuf fécondé).

Variations sur le thème : une Cas9 incapable de cliver l'ADN
peut être fusionnée à des enzymes de modification chimique
de l'ADN ou des protéines (« édition de l'épigénome »).

→ Un succès rapide en recherche fondamentale.

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Un outil trop
efficace ?

Conclusion
# Un outil trop efficace ?

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efficace ?

Conclusion
# Un outil trop efficace ?

Des craintes sur son utilisation dans l'embryon humain (publié en août 2017 : correction d'une mutation causant une maladie génétique, dans des embryos humains qui sont restés viables après traitement ; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28783728).

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# Un outil trop efficace ?

Des craintes sur son utilisation dans l'embryon humain (publié en août 2017 : correction d'une mutation causant une maladie génétique, dans des embryons humains qui sont restés viables après traitement ; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28783728).

CRISPR/Cas9 permettra-t-il à des laboratoires peu surveillés de produire des êtres humains OGM ?

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Conclusion
# Un outil trop efficace ?

Des craintes sur son utilisation dans l'embryon humain (publié en août 2017 : correction d'une mutation causant une maladie génétique, dans des embryons humains qui sont restés viables après traitement ; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28783728).

CRISPR/Cas9 permettra-t-il à des laboratoires peu surveillés de produire des êtres humains OGM ?

Une modification irréversible des écosystèmes ?
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# Un outil trop efficace ?

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(tiré de https://elifesciences.org/articles/03401)
# Un outil trop efficace ?

A

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B

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Un outil trop
efficace ?

Conclusion
# Conclusion

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Un système immunitaire bactérien

Un couteau suisse moléculaire

Un outil trop efficace ?

Conclusion
Conclusion

Un nouveau type d'enzyme, facilement programmable pour
cibler une région génomique d'intérêt.

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Un couteau suisse
moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion
Conclusion

Un nouveau type d'enzyme, facilement programmable pour
cibler une région génomique d'intérêt.

Un nouvel outil, rapidement adopté par la communauté
scientifique pour explorer les fonctions du génome et de
l'épigénome.

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immunitaire
bactérien

Un couteau suisse
moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion
Conclusion

Un nouveau type d'enzyme, facilement programmable pour
cibler une région génomique d'intérêt.

Un nouvel outil, rapidement adopté par la communauté
scientifique pour explorer les fonctions du génome et de
l'épigénome.

Une simplicité de mise en œuvre et une efficacité qui
suscitent des craintes.

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immunitaire
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moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion
Conclusion

Un nouveau type d'enzyme, facilement programmable pour
cibler une région génomique d'intérêt.

Un nouvel outil, rapidement adopté par la communauté
scientifique pour explorer les fonctions du génome et de
l'épigénome.

Une simplicité de mise en œuvre et une efficacité qui
suscitent des craintes.

Arrêter la recherche ? Trop tard.

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immunitaire
bactérien

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moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion
Conclusion

Un nouveau type d'enzyme, facilement programmable pour
cibler une région génomique d'intérêt.

Un nouvel outil, rapidement adopté par la communauté
scientifique pour explorer les fonctions du génome et de
l'épigénome.

Une simplicité de mise en œuvre et une efficacité qui
suscitent des craintes.

Arrêter la recherche ? Trop tard. Mieux vaut s'assurer que les
laboratoires publics, contrôlés par des gouvernements
raisonnables, gardent le leadership de la maîtrise de cette
technologie, au cas où elle serait vraiment dangereuse.

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moléculaire

Un outil trop
efficace ?

Conclusion