»Sistemi CRISPR-Cas« v bakterijah in virusih prepoznajo in uničijo invazivne virusne sekvence. Je bakterijski in arhealni imunski sistem za zaščito pred virusnimi okužbami. Leta 2012 je bil sistem CRISPR-Cas priznan kot a genoma orodje za urejanje. Od takrat je bil razvit širok nabor sistemov CRISPR-Cas, ki so našli aplikacije na področjih, kot so genska terapija, diagnostika, raziskave in izboljšanje pridelka. Vendar imajo trenutno razpoložljivi sistemi CRISPR-Cas omejeno klinično uporabo zaradi pogostih pojavov urejanja, ki ni ciljno, nepričakovanih mutacij DNK in dednih težav. Raziskovalci so nedavno poročali o novem sistemu CRISPR-Cas, ki lahko cilja in uniči mRNA in beljakovin bolj natančno povezana z različnimi genetskimi boleznimi brez neciljnega vpliva in dednih težav. Z imenom Craspase je prvi prikazan sistem CRISPR-Cas beljakovine funkcijo urejanja. Je tudi prvi sistem, ki lahko ureja tako RNK kot beljakovine. Ker Craspase premaga številne omejitve obstoječih sistemov CRISPR-Cas, lahko spremeni gensko terapijo, diagnostiko in spremljanje, biomedicinske raziskave in izboljšanje pridelka.
»Sistem CRISPR-Cas« je naravni imunski sistem bakterij in arhej proti virusnim okužbam, ki identificira, veže in razgrajuje sekvence v virusnem genu za zaščito. Sestavljen je iz dveh delov – bakterijske RNA, prepisane iz virusnega gena, vključenega v bakterijski genom po prvi okužbi (imenovan CRISPR, ta identificira ciljna zaporedja invazivnih virusnih genov) in povezanega uničevalca beljakovine imenovano »povezano s CRISPR beljakovine (Cas)«, ki veže in razgradi identificirane sekvence v virusnem genu za zaščito bakterij pred virusi.
KRISPER pomeni "zbrane redno medsebojno razmaknjene kratke palindromske ponovitve". Je prepisana bakterijska RNA, za katero so značilna palindromska ponavljanja.
Palindromske ponovitve (CRISPR) so bile najprej odkrite v zaporedjih E. coli leta 1987. Leta 1995 je Francisco Mojica opazil podobne strukture pri arhejah in on je bil tisti, ki je nanje prvi pomislil kot na del imunskega sistema bakterij in arhej. Leta 2008 je bilo prvič eksperimentalno dokazano, da je tarča imunskega sistema bakterij in arhej tuja DNK in ne mRNA. Mehanizem identifikacije in razgradnje virusnih sekvenc je nakazal, da bi se lahko takšni sistemi uporabili kot orodje za urejanje genoma. Odkar je bil leta 2012 priznan kot orodje za urejanje genoma, je sistem CRISPR-Cas prehodil zelo dolgo pot kot trdno uveljavljen standard urejanje genov sistem in je našel široko paleto aplikacij v biomedicini, kmetijstvu, farmacevtski industriji, vključno s klinično gensko terapijo1,2.
Široka paleta CRISPR-Cas sistemi so že identificirani in trenutno na voljo za spremljanje in urejanje zaporedij DNA/RNA za raziskave, presejanje zdravil, diagnostiko in zdravljenje. Trenutni sistemi CRISPR/Cas so razdeljeni v 2 razreda (Razred 1 in 2) in šest tipov (Tip I do XI). Sistemi razreda 1 imajo več Cas beljakovin ki morajo oblikovati funkcionalni kompleks za vezavo in delovanje na svoje tarče. Po drugi strani pa imajo sistemi razreda 2 samo en velik Cas beljakovine za vezavo in razgradnjo ciljnih sekvenc, kar olajša uporabo sistemov razreda 2. Običajno uporabljeni sistemi razreda 2 so Cas 9 tipa II, Cas13 tipa VI in Cas12 tipa V. Ti sistemi imajo lahko neželene stranske učinke, tj. neciljni učinek in citotoksičnost.3,5.
Genske terapije temeljijo na trenutnih sistemih CRISPR-Cas, ki imajo omejeno klinično uporabo zaradi pogostih pojavov netarčnega urejanja, nepričakovanih mutacij DNK, vključno z velikimi izbrisami fragmentov DNK in velikimi strukturnimi različicami DNK na ciljnih in netarčnih mestih, kar vodi do smrti celic in druge dedne težave.
Kraspaza (ali kaspaza, vodena s CRISPR)
Raziskovalci so nedavno poročali o novem sistemu CRISPER-Cas, ki je sistem razreda 2 tipa III-E Cas7-11, povezan s kaspazi podobnim sistemom. beljakovine zato poimenovana Kraspaza ali kaspaza, vodena s CRISPR 5 (Kaspaze so cisteinske proteaze, ki igrajo ključno vlogo pri apoptozi pri razgradnji celičnih struktur). Ima potencialne aplikacije na področjih, kot sta genska terapija in diagnostika. Craspase je voden in usmerjen na RNA ter se ne vmešava v zaporedja DNA. Lahko cilja in uniči mRNA in beljakovin bolj natančno povezana z različnimi genetskimi boleznimi brez stranskega vpliva. Tako je izločanje genov, povezanih z boleznimi, možno s cepitvijo na ravni mRNA ali beljakovin. Če je povezana s posebnim encimom, se lahko Craspase uporablja tudi za spreminjanje funkcij beljakovin. Ko sta njeni funkciji RNaze in proteaze odstranjeni, se Craspase deaktivira (dCraspase). Nima funkcije rezanja, ampak se veže z zaporedji RNA in beljakovin. Zato se lahko dCraspase uporablja pri diagnostiki in slikanju za spremljanje in diagnosticiranje bolezni ali virusov.
Craspase je prvi sistem CRISPR-Cas, ki prikazuje funkcijo urejanja beljakovin. Je tudi prvi sistem, ki lahko ureja tako RNK kot beljakovine. Njegovo urejanje genov deluje z minimalnimi stranskimi učinki in brez dednih težav. Zato je verjetno, da je Craspase varnejši pri klinični uporabi in terapevtiki kot drugi trenutno razpoložljivi sistemi CRISPR-Cas 4,5.
Ker Craspase premaga številne omejitve obstoječih sistemov CRISPR-Cas, lahko spremeni gensko terapijo, diagnostiko in spremljanje, biomedicinske raziskave in izboljšanje pridelka. Potrebnih je več raziskav za razvoj zanesljivega sistema dostave za natančno ciljanje genov, ki povzročajo bolezni v celicah, preden se v kliničnih preskušanjih dokaže varnost in učinkovitost.
***
Reference:
- Gostimskaya, I. CRISPR–Cas9: Zgodovina njegovega odkritja in etični vidiki njegove uporabe pri urejanju genoma. Biokemija Moskva 87, 777–788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090
- Chao Li sod 2022. Računalniška orodja in viri za urejanje genoma CRISPR/Cas. Genomika, proteomika in bioinformatika. Na voljo na spletu 24. marca 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006
- van Beljouw, SPB, Sanders, J., Rodríguez-Molina, A. et al. Sistemi CRISPR–Cas, ki ciljajo na RNA. Nat Rev Microbiol 21, 21–34 (2023). https://doi.org/10.1038/s41579-022-00793-y
- Chunyi Hu sod 2022. Craspase je CRISPR RNA-vodena proteaza, aktivirana z RNA. Znanost. 25. avgust 2022. Zvezek 377, številka 6612. Str. 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064
- Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase: Nov urejevalnik dvojnih genov CRISPR/Cas. Funkcionalna in integrativna genomika 23, 98 (2023). Objavljeno: 23. marec 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0
***
