Les premières souris conçues pour survivre au COVID-19 sont comme de jeunes humains en bonne santé

Selon une étude publiée en ligne le 1er novembre dans Nature.

Dirigés par des chercheurs de la NYU Grossman School of Medicine, les nouveaux travaux ont créé des souris de laboratoire dotées de matériel génétique humain pour ACE2, une protéine accrochée par le virus pandémique afin qu’elle puisse s’attacher aux cellules humaines dans le cadre de l’infection. Les souris présentant ce changement génétique ont développé des symptômes similaires à ceux des jeunes humains infectés par le virus responsable du COVID-19, au lieu de mourir des suites de l’infection, comme cela s’était produit avec les modèles de souris précédents.

“Le fait que ces souris survivent crée le premier modèle animal qui imite la forme de COVID-19 observée chez la plupart des gens, jusqu’aux cellules du système immunitaire activées et aux symptômes comparables”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Jef Boeke, directeur de Sol et Judith Bergstein. Institut de génétique des systèmes à NYU Langone Health. “Il s’agit là d’une pièce manquante majeure dans les efforts visant à développer de nouveaux médicaments contre ce virus.”

“Étant donné que les souris constituent le principal modèle génétique depuis des décennies”, a ajouté Boeke, “il existe des milliers de lignées de souris existantes qui peuvent désormais être croisées avec nos souris humanisées ACE2 pour étudier comment le corps réagit différemment au virus chez les patients diabétiques ou l’obésité, ou à mesure que les gens vieillissent.

Problème de gros ADN

La nouvelle étude tourne autour d’une nouvelle méthode pour modifier l’ADN, les 3 milliards de « lettres » du code génétique qui servent d’instructions pour la construction de nos cellules et de notre corps.

Alors que des techniques célèbres telles que CRISPR permettent d’éditer l’ADN en modifiant une ou quelques lettres à la fois, certains défis nécessitent des modifications dans les gènes pouvant contenir jusqu’à 2 millions de lettres. Dans de tels cas, il peut être plus efficace de créer de l’ADN à partir de zéro, en effectuant des modifications approfondies dans de larges pans de code pré-assemblés, puis échangés dans une cellule à la place de son homologue naturel.

Parce que les gènes humains sont si complexes, le laboratoire de Boeke a d’abord développé son approche « d’écriture du génome » chez la levure, un champignon unicellulaire qui partage de nombreuses caractéristiques avec les cellules humaines mais qui est plus simple et plus facile à étudier.

Plus récemment, l’équipe de Boeke a adapté ses techniques de levure au code génétique des mammifères, composé non seulement de gènes codant pour des protéines, mais également de nombreux commutateurs activant différents gènes à différents niveaux dans différents types de cellules.

En étudiant cette « matière noire » mal comprise qui régule les gènes, l’équipe de recherche a pu concevoir pour la première fois des souris vivantes avec des cellules présentant des niveaux d’activité du gène ACE plus proches de ceux des humains. Les auteurs de l’étude ont utilisé des cellules de levure pour assembler des séquences d’ADN contenant jusqu’à 200 000 lettres en une seule étape, puis ont introduit ces ADN « nus » dans des cellules souches embryonnaires de souris en utilisant leur nouvelle méthode d’administration, mSwAP-In.

Surmontant les limites de taille des méthodes précédentes, mSwAP-In a fourni un modèle murin humanisé de la pathologie COVID-19 en « écrasant » 72 kilobases (ko) du code Ace2 de souris par 180 ko du gène ACE2 humain et de son ADN régulateur.

Pour réaliser cet échange entre espèces, la méthode d’étude a coupé un endroit clé du code ADN autour du gène naturel, l’a échangé progressivement contre une contrepartie synthétique et, à chaque ajout, a ajouté un mécanisme de contrôle de qualité afin que seules les cellules avec le gène synthétique le gène a survécu. L’équipe de recherche a ensuite travaillé avec Sang Yong Kim au Rodent Genome Engineering Lab de NYU en utilisant une technique de cellules souches appelée « complémentation tétraploïde » pour créer une souris vivante dont les cellules incluaient les gènes écrasés.

De plus, les chercheurs avaient précédemment conçu une version synthétique du gène Trp53, la version murine du gène humain TP53, et l’avaient échangée dans des cellules de souris. La protéine codée par ce gène coordonne la réponse de la cellule à l’ADN endommagé et peut même ordonner aux cellules qui le contiennent de mourir pour empêcher l’accumulation de cellules cancéreuses. Lorsque ce « gardien du génome » lui-même devient défaillant, il contribue largement aux cancers humains.

Alors que les expériences ACE2 avaient remplacé une version inchangée d’un gène humain, le gène synthétique Trp53, échangé, avait été conçu pour ne plus inclure une combinaison de lettres de code moléculaires – la cytosine (C) à côté de la guanine (G) – connues pour être vulnérable aux changements aléatoires causant le cancer. Les chercheurs ont remplacé les « points chauds » clés du CG par un code contenant une lettre d’ADN différente dans l’adénine (A).

“Le commutateur AG a laissé la fonction du gène intacte, mais a réduit sa vulnérabilité à la mutation, l’échange devant conduire à un taux de mutation 10 à 50 fois inférieur”, a déclaré le premier auteur Weimin Zhang, Ph.D., chercheur post-étude. doctorant dans le laboratoire de Boeke. “Notre objectif est de démontrer sur un animal vivant que cet échange conduit à moins de mutations et à moins de tumeurs, et ces expériences sont en cours de planification.”

Avec Boeke et Zhang, les auteurs de l’étude NYU Langone étaient Ran Brosh, Aleksandra Wudzinska, Yinan Zhu, Noor Chalhoub, Emily Huang et Hannah Ashe de l’Institut de génétique des systèmes et du Département de biochimie et de pharmacologie moléculaire ; Ilona Golynker, Lucia Carrau, Payal Damani-Yokota, Camille Khairallah, Kamal Khanna et Benjamin tenOever du Département de microbiologie ; et Matthew Maurano et Sang Yong Kim du Département de pathologie.