CRISPR ciblant l’ARN révèle que des centaines d’ARN non codants sont essentiels et non « inutiles »

Les gènes contiennent des instructions pour fabriquer des protéines, et un dogme central de la biologie est que cette information circule de l’ADN à l’ARN puis aux protéines. Mais seulement deux pour cent du génome humain codent réellement pour des protéines ; la fonction des 98 % restants reste largement inconnue.

Un problème urgent en génétique humaine est de comprendre ce que font ces régions du génome, voire pas du tout. Historiquement, certains ont même qualifié ces régions de « indésirables ».

Maintenant, une étude dans Cellule découvre que certains ARN non codants ne sont pas, en fait, des déchets : ils sont fonctionnels et jouent un rôle important dans nos cellules, notamment dans le cancer et le développement humain.

En utilisant la technologie CRISPR qui cible l’ARN plutôt que l’ADN, des chercheurs de l’Université de New York et du New York Genome Center ont effectué des recherches dans le génome et ont trouvé près de 800 ARN non codants importants pour le fonctionnement de diverses cellules humaines provenant de différents tissus.

« Cette étude des ARN non codants fonctionnels fait progresser notre compréhension du génome humain et démontre le potentiel des écrans CRISPR qui ciblent spécifiquement les ARN, même ceux qui ne codent pas pour les protéines », a déclaré Neville Sanjana, professeur agrégé de biologie à NYU, professeur agrégé. de neurosciences et de physiologie à la NYU Grossman School of Medicine, membre principal du corps professoral du New York Genome Center et auteur principal de l’étude.

Un CRISPR plus précis pour l’ARN

La technologie d’édition génétique CRISPR a révolutionné la recherche biomédicale, avec des applications généralisées allant de l’amélioration de la production agricole au traitement des troubles sanguins en modifiant l’ADN des cellules sanguines d’une personne.

La plupart des applications CRISPR utilisent une enzyme appelée Cas9 pour modifier les gènes au niveau de l’ADN. Cependant, une technologie plus récente utilise l’enzyme Cas13 pour cibler plus précisément l’ARN sans perturber les gènes codant pour les protéines proches et d’autres éléments régulateurs.

Le laboratoire de Sanjana a précédemment démontré comment une plate-forme CRISPR-Cas13 ciblant l’ARN au lieu de l’ADN peut être optimisée pour examiner l’ensemble du transcriptome ou l’information génétique transcrite en molécules d’ARN.

De nombreuses études ont utilisé la technologie de séquençage pour lire quel ARN est exprimé, mais il a été difficile de comprendre si des molécules d’ARN spécifiques sont réellement nécessaires au fonctionnement des cellules.

« Nous disposons désormais de cette technologie, mais la question biologique demeure : quelles parties du génome non codant sont réellement fonctionnelles ? » a demandé Simon Müller, co-premier auteur du Cellule étude et associée postdoctorale dans le laboratoire de Sanjana.

Pas indésirable, après tout

En utilisant CRISPR-Cas13 pour modifier l’ARN et éviter toute activité hors cible, les chercheurs ont systématiquement profilé près de 6 200 paires de gènes d’ARN longs non codants (ARNlnc) et de gènes codant pour des protéines à proximité dans cinq lignées cellulaires humaines, notamment des cellules de rein, de leucémie et de cancer du sein. .

Ils ont utilisé CRISPR pour perturber ou détruire chaque lncARN afin de voir ce qui se passe : la cellule meurt-elle, cesse-t-elle de proliférer ou peut-elle le tolérer ? – et déterminent si l’ARNlnc est essentiel.

« Avec Cas13, nous pouvons spécifiquement demander : « Quelles sont les fonctions de ces transcriptions ? Ce ne sont pas des déchets : nous avons découvert qu’ils sont vraiment importants et essentiels à la croissance et à la division des cellules », a déclaré Wen-Wei Liang, co-premier auteur de l’étude. Cellule étude et associée postdoctorale dans le laboratoire de Sanjana.

Les chercheurs ont identifié 778 ARNnc essentiels au fonctionnement cellulaire, dont un groupe central de 46 ARNnc universellement essentiels et 732 ayant des fonctions spécifiques à certains types de cellules.

Ils ont ensuite comparé les ARNnc essentiels aux gènes codant pour les protéines. Avec les gènes codant pour les protéines, si un gène était essentiel dans l’une des cinq lignées cellulaires, il était susceptible de l’être dans d’autres. En revanche, les lncARN essentiels étaient plus spécifiques au type de cellule.

Les chercheurs étaient curieux de savoir si les ARNnc essentiels modulent les gènes codant pour les protéines situés à proximité, une question mécaniste qui n’avait jamais été examinée pour les ARN non codants. Ici, ils ont découvert qu’une écrasante majorité des ARNnc essentiels fonctionnent indépendamment des gènes codant pour les protéines les plus proches.

L’équipe a également découvert que les ARNnc essentiels modulent les voies clés de la prolifération cellulaire – un processus important à la fois dans le développement humain et dans le cancer – et que leur perte peut nuire à la progression des cellules et entraîner la mort cellulaire.

Notamment, de nombreux ARNnc essentiels étaient fortement exprimés dans les tissus au début du développement humain et présentaient une expression plus faible aux stades ultérieurs, ce qui suggère un rôle important pour certains ARNnc au cours du développement.

De plus, dans une analyse d’environ 9 000 tumeurs, les chercheurs ont découvert des ARNnc dont l’expression était altérée dans des types spécifiques de tumeurs et ont identifié les ARNnc dont l’expression dans les tumeurs était associée à une survie meilleure ou pire dans différents cancers.

« Ces ARN non codants pourraient produire de nouveaux biomarqueurs et cibles thérapeutiques pour le traitement du cancer, une opportunité potentielle pour la médecine personnalisée compte tenu de leur expression spécifique au type cellulaire », a ajouté Sanjana.