Craspase: ένα νέο ασφαλέστερο «CRISPR – Cas System» που επεξεργάζεται τόσο γονίδια όσο και πρωτεΐνες  

Τα «συστήματα CRISPR-Cas» σε βακτήρια και ιούς εντοπίζουν και καταστρέφουν τις αλληλουχίες ιών που εισβάλλουν. Είναι βακτηριακό και αρχαϊκό ανοσοποιητικό σύστημα για προστασία από ιογενείς λοιμώξεις. Το 2012, το σύστημα CRISPR-Cas αναγνωρίστηκε ως α γονιδίωμα εργαλείο επεξεργασίας. Έκτοτε, ένα ευρύ φάσμα συστημάτων CRISPR-Cas έχει αναπτυχθεί και έχει βρει εφαρμογές σε τομείς όπως η γονιδιακή θεραπεία, η διάγνωση, η έρευνα και η βελτίωση των καλλιεργειών. Ωστόσο, τα επί του παρόντος διαθέσιμα συστήματα CRISPR-Cas έχουν περιορισμένη κλινική χρήση λόγω συχνών περιστατικών επεξεργασίας εκτός στόχου, απροσδόκητων μεταλλάξεων DNA και κληρονομικών προβλημάτων. Οι ερευνητές ανέφεραν πρόσφατα ένα νέο σύστημα CRISPR-Cas που μπορεί να στοχεύσει και να καταστρέψει το mRNA και πρωτεΐνες σχετίζεται με διαφορετικές γενετικές ασθένειες με μεγαλύτερη ακρίβεια χωρίς αντίκτυπο εκτός στόχου και κληρονομικά προβλήματα. Με το όνομα Craspase, είναι το πρώτο σύστημα CRISPR-Cas που εμφανίζεται πρωτεΐνη λειτουργία επεξεργασίας. Είναι επίσης το πρώτο σύστημα που μπορεί να επεξεργαστεί τόσο RNA όσο και πρωτεΐνη. Επειδή το Craspase ξεπερνά πολλούς περιορισμούς των υπαρχόντων συστημάτων CRISPR-Cas, έχει τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση στη γονιδιακή θεραπεία, τη διάγνωση και την παρακολούθηση, τη βιοϊατρική έρευνα και τη βελτίωση των καλλιεργειών. 

Το «CRISPR-Cas system» είναι φυσικό ανοσοποιητικό σύστημα βακτηρίων και αρχαιοειδών έναντι ιογενών λοιμώξεων που εντοπίζει, δεσμεύει και υποβαθμίζει τις αλληλουχίες στο ιικό γονίδιο για προστασία. Αποτελείται από δύο μέρη - βακτηριακό RNA που μεταγράφεται από το ιικό γονίδιο που ενσωματώνεται στο βακτηριακό γονιδίωμα μετά την πρώτη μόλυνση (που ονομάζεται CRISPR, αυτό προσδιορίζει τις αλληλουχίες-στόχους των ιικών γονιδίων εισβολής) και έναν σχετικό καταστροφέα πρωτεΐνη ονομάζεται «Συνδεδεμένος με το CRISPR πρωτεΐνη (Cas)» που δεσμεύει και υποβαθμίζει τις ταυτοποιημένες αλληλουχίες στο γονίδιο του ιού για να προστατεύσει τα βακτήρια από ιούς.  

CRISPER σημαίνει "ομαδοποιημένες τακτικά διακεκομμένες σύντομες παλινδρομικές επαναλήψεις". Είναι μεταγραφόμενο βακτηριακό RNA που χαρακτηρίζεται από παλινδρομικές επαναλήψεις.  

Οι παλινδρομικές επαναλήψεις (CRISPRs) ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά στις αλληλουχίες του Ε. coli το 1987. Το 1995, ο Francisco Mojica παρατήρησε παρόμοιες δομές στα αρχαία, και ήταν αυτός που πρώτος τις σκέφτηκε ως μέρος του ανοσοποιητικού συστήματος των βακτηρίων και των αρχαίων. Το 2008, αποδείχθηκε πειραματικά για πρώτη φορά ότι ο στόχος του ανοσοποιητικού συστήματος των βακτηρίων και των αρχαίων ήταν ξένο DNA και όχι mRNA. Ο μηχανισμός αναγνώρισης και αποικοδόμησης ιικών αλληλουχιών υποδηλώνει ότι τέτοια συστήματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως εργαλείο για επεξεργασία γονιδιώματος. Από την αναγνώρισή του ως εργαλείο επεξεργασίας γονιδιώματος το 2012, το σύστημα CRISPR–Cas έχει διανύσει πολύ δρόμο ως σταθερά καθιερωμένο πρότυπο επεξεργασία γονιδίων σύστημα και έχει βρει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στη βιοϊατρική, τη γεωργία, τις φαρμακευτικές βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένης της κλινικής γονιδιακής θεραπείας^1,2.  

Ένα μεγάλο εύρος από CRISPR-Τα συστήματα Cas είναι ήδη αναγνωρισμένα και επί του παρόντος διαθέσιμα για παρακολούθηση και επεξεργασία αλληλουχιών DNA/RNA για έρευνα, έλεγχο φαρμάκων, διαγνωστικά και θεραπείες. Τα τρέχοντα συστήματα CRISPR/Cas χωρίζονται σε 2 κατηγορίες (Κλάση 1 και 2) και έξι τύπους (Τύπου Ι έως XI). Τα συστήματα κλάσης 1 έχουν πολλαπλά Cas πρωτεΐνες που χρειάζεται να σχηματίσουν ένα λειτουργικό σύμπλεγμα για να δεσμεύουν και να ενεργούν στους στόχους τους. Από την άλλη πλευρά, τα συστήματα Κλάσης 2 έχουν μόνο ένα μεγάλο Cas πρωτεΐνη για δέσμευση και υποβάθμιση αλληλουχιών στόχων που καθιστά ευκολότερα τη χρήση συστημάτων Κλάσης 2. Τα συστήματα Κλάσης 2 που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι τα Cas 9 Type II, Cas13 Type VI και Cas12 Type V. Αυτά τα συστήματα μπορεί να έχουν ανεπιθύμητες παράπλευρες επιπτώσεις, π.χ. αντίκτυπο εκτός στόχου και κυτταροτοξικότητα^3,5.  

Γονιδιακές θεραπείες βασισμένα στο τρέχον σύστημα CRISPR- Cas έχουν περιορισμένη κλινική χρήση λόγω συχνών περιστατικών επεξεργασίας εκτός στόχου, απροσδόκητων μεταλλάξεων DNA, συμπεριλαμβανομένων μεγάλων διαγραφών θραυσμάτων DNA και μεγάλων δομικών παραλλαγών του DNA τόσο σε θέσεις εντός όσο και εκτός στόχου που οδηγούν σε κυτταρικούς θανάτους και άλλα κληρονομικά προβλήματα.  

Craspase (ή κασπάση καθοδηγούμενη από CRISPR)  

Οι ερευνητές ανέφεραν πρόσφατα ένα νέο σύστημα CRISPER-Cas το οποίο είναι ένα σύστημα κατηγορίας 2 Type III-E Cas7-11 που σχετίζεται με ένα σύστημα που μοιάζει με κασπάση πρωτεΐνη ως εκ τούτου ονομάζεται Craspase ή κασπάση καθοδηγούμενη από CRISPR ⁵ (Οι κασπάσες είναι πρωτεάσες κυστεΐνης που παίζουν βασικό ρόλο στην απόπτωση στη διάσπαση των κυτταρικών δομών). Έχει πιθανές εφαρμογές σε τομείς όπως η γονιδιακή θεραπεία και η διάγνωση. Η κρασπάση καθοδηγείται από RNA και στοχεύει στο RNA και δεν εμπλέκεται με τις αλληλουχίες DNA. Μπορεί να στοχεύσει και να καταστρέψει το mRNA και πρωτεΐνες συνδέονται με διαφορετικές γενετικές ασθένειες με μεγαλύτερη ακρίβεια χωρίς αντίκτυπο εκτός στόχου. Έτσι, η εξάλειψη των γονιδίων που σχετίζονται με ασθένειες είναι δυνατή με διάσπαση σε επίπεδο mRNA ή πρωτεΐνης. Επίσης, όταν συνδέεται με συγκεκριμένο ένζυμο, το Craspase μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την τροποποίηση των λειτουργιών των πρωτεϊνών. Όταν αφαιρεθούν οι λειτουργίες RNase και πρωτεάσης, το Craspase απενεργοποιείται (dCraspase). Δεν έχει κοπτική λειτουργία αλλά συνδέεται με αλληλουχίες RNA και πρωτεϊνών. Επομένως, το dCraspase μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διαγνωστικά και απεικονιστικά για την παρακολούθηση και τη διάγνωση ασθενειών ή ιών.  

Το Craspase είναι το πρώτο σύστημα CRISPR-Cas που δείχνει λειτουργία επεξεργασίας πρωτεϊνών. Είναι επίσης το πρώτο σύστημα που μπορεί να επεξεργαστεί τόσο RNA όσο και πρωτεΐνη. Του επεξεργασία γονιδίων Η λειτουργία έρχεται με ελάχιστα αποτελέσματα εκτός στόχου και χωρίς κληρονομικά προβλήματα. Ως εκ τούτου, το Craspase είναι πιθανό να είναι ασφαλέστερο στην κλινική χρήση και στη θεραπευτική από άλλα διαθέσιμα επί του παρόντος συστήματα CRISPR- Cas ^4,5.    

Επειδή το Craspase ξεπερνά πολλούς περιορισμούς των υπαρχόντων συστημάτων CRISPR-Cas, έχει τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση στη γονιδιακή θεραπεία, τη διάγνωση και την παρακολούθηση, τη βιοϊατρική έρευνα και τη βελτίωση των καλλιεργειών. Απαιτείται περισσότερη έρευνα για την ανάπτυξη αξιόπιστου συστήματος χορήγησης για τη στόχευση με ακρίβεια γονιδίων που προκαλούν ασθένειες στα κύτταρα πριν αποδειχθεί η ασφάλεια και η αποτελεσματικότητα σε κλινικές δοκιμές.   

*** 

αναφορές:  

1. Gostimskaya, I. CRISPR–Cas9: A History of Its Discovery and Ethical Considerations of Its Use in Genome Editing. Biochemistry Moscow 87, 777–788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090  

2. Τσάο Λι et αϊ 2022. Υπολογιστικά εργαλεία και πόροι για CRISPR/Cas Genome Editing. Γονιδιωματική, Πρωτεομική & Βιοπληροφορική. Διαθέσιμο στο διαδίκτυο στις 24 Μαρτίου 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006 

3. van Beljouw, SPB, Sanders, J., Rodríguez-Molina, Α. et al. Συστήματα CRISPR–Cas στόχευσης RNA. Nat Rev Microbiol 21, 21–34 (2023). https://doi.org/10.1038/s41579-022-00793-y 

4. Τσουνί Χου et αϊ 2022. Το Craspase είναι μια πρωτεάση ενεργοποιημένη από RNA καθοδηγούμενη από CRISPR RNA. Επιστήμη. 25 Aug 2022. Vol 377, Issue 6612. σελ. 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064  

5. Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase: A novel dual gene editor CRISPR/Cas. Functional & Integrative Genomics 23, 98 (2023). Δημοσιεύθηκε: 23 Μαρτίου 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0 

***