Nouvelles technologies d'édition du génome chez le poisson zèbre : de la modification génétique précise et efficace à la modélisation de maladies et au génie génétique

Cutting edge genome editing technologies in zebrafish : from efficient and precise genetic modifications to disease modeling and genetic tool engineering

• Auteur / Autrice : Marion Rosello
• Direction : Filippo Del Bene
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie
• Date : Soutenance le 25/11/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de la vision (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Carine Giovannangeli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie Bréau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Annarita Miccio, Joachim Wittbrodt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génie génétique

Mutation (biologie)

Modèles mathématiques

Maladies

Biologie du développement

Danio rerio

Mots clés libres

Poisson zèbre

Mutation génétique

CRIPSR/Cas9

Éditeurs de bases

Prime editing

Modélisation de maladies

Zebrafish

CRIPSR/Cas9

Disease modeling

Résumé

Le poisson zèbre est un organisme modèle idéal pour étudier la biologie du développement et est devenu un système puissant pour modéliser des maladies in vivo, notamment grâce à la technologie d’édition du génome CRISPR/Cas9. Cependant, la génération de lignées portant des mutations pathologiques humaines précises reste un défi majeur. Dans cette étude, nous avons étudié les capacités de plusieurs éditeurs de bases conçus pour introduire de manière précise dans le génome les mutations de C:G en T:A. En utilisant ces outils génétiques, nous avons élargi les possibilités d'édition de gènes chez le poisson zèbre en obtenant une mutagenèse jusqu'à 100% d'efficacité et nous avons développé de nouvelles approches pour effectuer une mutagenèse multiplexe et co-sélectionner les embryons les plus édités. Nous avons également exploré les applications biologiques de cette technologie, telles que l'activation endogène de voies de signalisation et la modélisation de cancer ou de syndromes rares. De plus, nous avons validé la pathogénicité de mutations trouvées chez de jeunes patients présentant un syndrome polymalformatif. Enfin, nous cherchons à développer le « Prime Editing » chez ce modèle animal, une technologie qui bien que très prometteuse reste à ce jour peu efficace. En conclusion, cette étude a contribué à fournir un large panel d'outils génétiques fonctionnant chez le poisson zèbre sans générer de cassures double brin d’ADN et d’en évaluer leurs limites ainsi que leur complémentarité chez cet organisme. Ce travail met en évidence que le poisson zèbre est un système puissant pour concevoir de nouvelles approches d'édition du génome et pour étudier les maladies génétiques.

Zebrafish is an ideal model organism to study developmental biology and has become a powerful system for disease modeling in vivo. Since the emergence of the CRISPR/Cas9 technology, several disease models have been generated to introduce loss-of-function mutations, putting this vertebrate model at the forefront of genetic studies. However, the generation of mutant lines harboring precise pathological mutations is still challenging as knock-in approaches are still poorly efficient. In this study we investigated the capacities of several new cytosine base editor variants engineered in introducing precise C:G to T:A mutations into the genome. Using these tools, we broadened the gene editing possibilities in zebrafish by obtaining mutagenesis up to 100% of efficiency and we developed new approaches to perform multiplex mutagenesis and co-selection. We further explored biological applications of this technology such as endogenous activation of signaling pathway and disease modeling. In addition, we were able to validate in zebrafish the pathogenicity of mutations found in patients. Finally, we aimed at developing the prime editing technology in this animal model, a recent technology that although highly promising remains to date poorly efficient. To conclude, this study contributed in providing a large panel of genetic tools working in zebrafish without generating DNA double strand break, assessing their limitations and complementarity. Through the accessibility and ease of genome manipulations in this animal model, this work further highlights the use of zebrafish as a good platform to engineer new genome editing approaches in animals and to study genetic disorders.