Utiliser l’IA pour concevoir des doigts de zinc : Une nouvelle approche dans la régulation des gènes et la mise au point de traitements
« L’ingénierie des protéines à doigts de zinc s’avère hautement prometteuse pour une variété d’applications, notamment le traitement de nombreuses maladies génétiques. En combinant l’intelligence artificielle et la biologie, nous pouvons mettre au point de nouvelles technologies qui se révéleront très avantageuses pour les patients, tant au Canada qu’à l’étranger. »
Les protéines à doigts de zinc figurent parmi les protéines régulatrices les plus répandues dans le corps humain. Celles-ci se lient à l’ADN ou à l’ARN et jouent un rôle essentiel dans la réparation de l’ADN, la communication cellulaire et la régulation de l’expression génique, soit le processus par lequel l’information provenant d’un gène est utilisée pour produire des molécules d’ARN et des protéines. Les problèmes survenant pendant ce processus, dont des niveaux anormaux de production de protéines, risquent d’entraîner des maladies. Comme les doigts de zinc peuvent reconnaître des séquences d’ADN spécifiques, ils sont d’excellents candidats pour l’édition génique et se révèlent extrêmement prometteurs en tant qu’outils thérapeutiques pour bon nombre de maladies génétiques.
Le Dr Philip M. Kim, professeur au Centre Donnelly et aux départements d’informatique et de génétique moléculaire de l’Université de Toronto, a mis au point ZFDesign, une technologie faisant appel à l’IA qui permet de concevoir des protéines à doigts de zinc en analysant 50 milliards d’interactions potentielles de doigts de zinc avec l’ADN afin de modifier l’expression génique. Ce processus novateur combine l’IA et le criblage à haut débit – une méthode qui permet aux scientifiques d’analyser rapidement de nombreux échantillons en même temps– afin de concevoir des protéines à doigts de zinc précises pour des modifications ciblées de l’ADN et le traitement potentiel de maladies.
« Bien que l’on ait consacré beaucoup d’efforts à leur ingénierie à des fins d’édition génique, les efforts ont largement diminué avec l’arrivée des technologies fondées sur les systèmes CRISPR, lesquelles offraient des avantages. Aujourd’hui, à l’ère de l’IA, les doigts de zinc s’avéreront probablement la technologie la plus efficace pour les applications thérapeutiques », indique le Dr Kim.
Contrairement aux systèmes CRISPR, qui utilisent généralement des protéines bactériennes pour couper l’ADN à des endroits précis du génome, les approches fondées sur les doigts de zinc peuvent cibler des régions précises afin de réguler l’expression génique, de manière à activer ou à désactiver des gènes sans couper l’ADN. Les doigts de zinc peuvent également présenter des avantages, comme une réponse immunitaire réduite, une compatibilité naturelle avec le corps humain et une solution optimale pour la prestation de soins en milieu clinique en raison de leur petite taille.
La recherche du Dr Kim illustre comment la combinaison de l’IA et de la biologie peut entraîner des avantages significatifs pour les patients au Canada et ailleurs. L’équipe estime que cette technologie pourrait offrir une nouvelle génération de thérapies géniques pour plusieurs types de maladies et constituer un bon outil de recherche. « Un certain nombre de maladies incurables, dont bon nombre touchent les jeunes enfants et sont très débilitantes, peuvent devenir traitables grâce à cette nouvelle technologie », ajoute le Dr Kim.
Les travaux ont été financés par les Instituts de recherche en santé du Canada (IRSC), et le modèle ZFDesign a été publié dans Nature Biotechnology en collaboration avec les professeurs Timothy Hughes et Mikko Taipale de l’Université de Toronto, et Marcus Noyes de l’Université de Pittsburgh.
Ressources supplémentaires
- Dr Philip M. Kim – Centre de recherche cellulaire et biomoléculaire Donnelly, Université de Toronto (en anglais seulement)
- Laboratoire du Dr Philip M. Kim (en anglais seulement)
- Article (en anglais seulement) « A universal deep-learning model for zinc finger design enables transcription factor reprogramming »
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