# Systèmes CRISPR-Cas : immunité adaptative bactérienne et édition génomique

Microbiologie & immunologie · Master 1

> Acquisition d'espaceurs, interférence et applications de Cas9 et Cas12.

## Introduction

Les systèmes CRISPR-Cas (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) constituent une immunité adaptative chez les bactéries et archées : fragments d'ADN de phages et de plasmides, les espaceurs, sont intégrés dans un locus CRISPR et servent de mémoire pour détruire une infection ultérieure. Ce système a été décrit par Mojica, Barrangou et Horvath, puis réorienté en outil d'édition par Charpentier et Doudna (Prix Nobel de chimie 2020).

Chaque type de système dispose de modules d'adaptation (Cas1-Cas2), de biogenèse de l'ARN guide et d'interférence. Cas9 (type II) a besoin d'un ARNcr et d'un ARNtracr, souvent fusionnés en ARN guide unique (sgRNA), et d'un motif adjacent au protospaceur (PAM) pour cibler l'ADN.

Ce deck présente les mécanismes bactériens et les usages en recherche, médecine (par exemple le traitement de la drépanocytose par exagamglogène autotemcel) et agriculture, ainsi que les contraintes éthiques et le cadre suisse de la loi sur le génie génétique.

## Objectifs d'apprentissage

- Décrire les trois étapes de l'immunité CRISPR
- Expliquer le rôle du PAM et de l'ARN guide
- Comparer Cas9 et Cas12a
- Expliquer la réparation NHEJ/HDR après coupure
- Discuter les risques d'effets hors-cible et le cadre légal suisse

## Concepts clés

- **Acquisition** : Cas1 et Cas2 intègrent un fragment de l'ADN invasif, adjacent à un PAM, comme nouvel espaceur à l'extrémité 5' du locus CRISPR.
- **Biogenèse et interférence** : Le locus est transcrit en pré-ARNcr puis maturé. L'ARNcr guide la nucléase Cas vers l'ADN complémentaire adjacent au PAM, qui est coupé.
- **Cas9** : Nucléase de type II (Streptococcus pyogenes) coupant les deux brins grâce aux domaines RuvC et HNH, avec un PAM 5'-NGG-3'. Cas12a utilise un PAM riche en T et génère des coupures décalées.
- **Réparation de l'ADN** : Les cassures double brin sont réparées par NHEJ (jonction d'extrémités non homologues, source d'indels) ou par HDR avec un modèle, permettant des insertions précises.
- **Anti-CRISPR** : Protéines de phages inhibant Cas, illustrant la course aux armements entre phages et bactéries.

## Conclusion

CRISPR-Cas est à la fois un système de défense naturel et une boîte à outils d'ingénierie. Son usage demande une compréhension précise de ses mécanismes, de ses limites de spécificité et de ses enjeux éthiques.

## Cartes

### Que signifie CRISPR ?

Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats.

### Quelles protéines assurent l'acquisition des espaceurs ?

Cas1 et Cas2.

### Qu'est-ce qu'un espaceur ?

Courte séquence provenant d'un élément génétique mobile, intercalée entre les répétitions du locus CRISPR.

### Qu'est-ce que le PAM ?

Motif adjacent au protospaceur, indispensable à la reconnaissance de la cible par Cas ; 5'-NGG-3' pour SpCas9.

### Quels domaines nucléasiques possède Cas9 ?

RuvC et HNH.

### Quelle différence entre NHEJ et HDR ?

NHEJ est rapide et sujet aux erreurs (indels) ; HDR est précis mais nécessite une matrice et une phase S/G2.

### Qu'est-ce qu'un effet hors-cible ?

Une coupure à un site similaire à la cible, avec des mésappariements tolérés.

### Quel est l'intérêt d'un « base editor » ?

Convertir une base sans cassure double brin, grâce à une nickase fusionnée à une désaminase.

### Quel est l'intérêt de Cas13 ?

Cible l'ARN, utile pour le diagnostic (SHERLOCK).

## Glossaire

- **Locus CRISPR** : Région génomique composée de répétitions séparées par des espaceurs.
- **ARNcr** : ARN CRISPR issu d'un espaceur qui guide Cas vers sa cible.
- **sgRNA** : ARN guide unique fusionnant l'ARNcr et l'ARNtracr.
- **Protospaceur** : Séquence cible de l'ADN invasif reconnue par l'ARNcr.
- **Indel** : Insertion ou délétion de quelques nucléotides résultant du NHEJ.
- **Nickase** : Cas9 muté qui ne coupe qu'un seul brin.
- **Anti-CRISPR** : Protéine de phage qui inhibe un système CRISPR-Cas.

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