Craspase: нов побезбеден „CRISPR – Cas System“ кој уредува и гени и протеини  

„CRISPR-Cas системи“ во бактерии и вируси ги идентификуваат и уништуваат инвазивните вирусни секвенци. Тоа е бактериски и археален имунолошки систем за заштита од вирусни инфекции. Во 2012 година, системот CRISPR-Cas беше препознаен како а геном алатка за уредување. Оттогаш, развиен е широк опсег на системи CRISPR-Cas кои нашле примена во области како што се генската терапија, дијагностика, истражување и подобрување на културите. Меѓутоа, моментално достапните CRISPR-Cas системи имаат ограничена клиничка употреба поради честите појави на оф-цел уредување, неочекувани мутации на ДНК и наследни проблеми. Истражувачите неодамна објавија нов систем CRISPR-Cas кој може да таргетира и уништи mRNA и протеини поврзани со различни генетски болести попрецизно без нецелно влијание и наследни проблеми. Наречен Craspase, тој е првиот CRISPR-Cas систем што покажува протеини функција за уредување. Тоа е исто така првиот систем што може да ги уредува и РНК и протеини. Бидејќи Craspase надминува многу ограничувања на постоечките системи CRISPR-Cas, тој има потенцијал да ја револуционизира генската терапија, дијагностиката и мониторингот, биомедицинските истражувања и подобрувањето на земјоделските култури. 

„CRISPR-Cas system“ е природен имунолошки систем на бактерии и археи против вирусни инфекции што ги идентификува, врзува и деградира секвенците во вирусниот ген за да ги заштити. Се состои од два дела - бактериска РНК транскрибирана од вирусниот ген инкорпориран во бактерискиот геном по првата инфекција (наречен CRISPR, кој ги идентификува целните секвенци на инвазивните вирусни гени) и поврзан уништувач протеини наречен „CRISPR поврзан протеини (Cas)“ што ги врзува и деградира идентификуваните секвенци во вирусниот ген за да ги заштити бактериите од вируси.  

КРИСПЕР се залага за „групни редовно меѓупросторни кратки палиндромски повторувања“. Тоа е транскрибирана бактериска РНК која се карактеризира со палиндромични повторувања.  

Палиндромските повторувања (CRISPRs) првпат беа откриени во секвенците на E. coli во 1987 година. Во 1995 година, Франциско Мохика забележал слични структури во археите, и токму тој прв ги помислил како дел од имунолошкиот систем на бактерии и археи. Во 2008 година, за прв пат беше експериментално докажано дека целта на имунолошкиот систем на бактерии и археи е туѓа ДНК, а не mRNA. Механизмот на идентификација и деградација на вирусните секвенци сугерираше дека таквите системи може да се користат како алатка за уредување на геномот. Од неговото признавање како алатка за уредување геном во 2012 година, системот CRISPR–Cas помина многу долг пат како цврсто воспоставен стандард монтажа на гени систем и најде широк спектар на апликации во биомедицината, земјоделството, фармацевтската индустрија, вклучително и во клиничката генска терапија^1,2.  

А широк спектар на CRISPR-Кас системите се веќе идентификувани и моментално достапни за следење и уредување на ДНК/РНК секвенци за истражување, скрининг на лекови, дијагностика и третмани. Сегашните системи CRISPR/Cas се поделени во 2 класи (класа 1 и 2) и шест типа (тип I до XI). Системите од класа 1 имаат повеќе Cas протеини кои треба да формираат функционален комплекс за врзување и дејствување на нивните цели. Од друга страна, системите од класа 2 имаат само еден голем Cas протеини за врзување и деградирање на целните секвенци што ги прави системите од класа 2 полесни за употреба. Најчесто користени системи од класа 2 се Cas 9 Тип II, Cas13 Тип VI и Cas12 Тип V. Овие системи може да имаат несакани колатерални ефекти, т.е., влијание надвор од целта и цитотоксичност^3,5.  

Генски терапии базирани на тековните CRISPR- Cas системи имаат ограничена клиничка употреба поради честите појави на оф-цел уредување, неочекувани мутации на ДНК, вклучувајќи големи бришења на фрагменти на ДНК и големи структурни варијанти на ДНК и на целните и надвор од целните места што доведува до смрт на клетките и други наследни проблеми.  

Краспаза (или каспаза водена од CRISPR)  

Истражувачите неодамна објавија нов систем CRISPER-Cas кој е систем од класа 2 тип III-E Cas7-11 поврзан со каспаза-како протеини оттука именуван Краспаза или каспаза водена со CRISPR ⁵ (Каспазите се цистеински протеази кои играат клучна улога во апоптозата во разградувањето на клеточните структури). Има потенцијална примена во области како генска терапија и дијагностика. Краспазата е насочувана со РНК и насочена кон РНК и не се меша со секвенците на ДНК. Може да таргетира и уништи mRNA и протеини поврзани со различни генетски болести попрецизно без влијание надвор од целта. Така, елиминацијата на гените поврзани со болести е можна со расцепување на ниво на mRNA или протеини. Исто така, кога е поврзан со специфичен ензим, Craspase може да се користи и за менување на функциите на протеините. Кога неговите RNase и протеазни функции се отстранети, Craspase се деактивира (dCraspase). Нема функција на сечење, но се врзува со РНК и протеински секвенци. Затоа, dCraspase може да се користи во дијагностика и слики за следење и дијагностицирање на болести или вируси.  

Craspase е првиот CRISPR-Cas систем кој покажува функција за уредување на протеини. Тоа е, исто така, првиот систем кој може да уредува и РНК и протеин. Нејзините монтажа на гени функцијата доаѓа со минимални ефекти надвор од целта и без наследни проблеми. Оттука, Craspase најверојатно ќе биде побезбеден во клиничка употреба и терапевтски средства од другите моментално достапни системи CRISPR- Cas ^4,5.    

Бидејќи Craspase надминува многу ограничувања на постоечките системи CRISPR-Cas, тој има потенцијал да ја револуционизира генската терапија, дијагностиката и мониторингот, биомедицинските истражувања и подобрувањето на земјоделските култури. Потребни се повеќе истражувања за да се развие сигурен систем за испорака за прецизно да се насочат гените што предизвикуваат болест во клетките пред да се докаже безбедноста и ефикасноста во клиничките испитувања.   

*** 

Референци:  

1. Гостимскаја, I. CRISPR–Cas9: Историја на неговото откривање и етички размислувања за неговата употреба во уредувањето на геномот. Биохемија Москва 87, 777-788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090  

2. Чао Ли и сор 2022. Компјутерски алатки и ресурси за CRISPR/Cas геном уредување. Геномика, протеомика и биоинформатика. Достапно онлајн на 24 март 2022 година. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006 

3. van Beljouw, SPB, Sanders, J., Rodríguez-Molina, A. et al. CRISPR-Cas системи за таргетирање на РНК. Nat Rev Microbiol 21, 21-34 (2023). https://doi.org/10.1038/s41579-022-00793-y 

4. Чуни Ху и сор 2022. Craspase е CRISPR RNA-водена, RNA-активирана протеаза. Науката. 25 август 2022 година. Том 377, број 6612. стр. 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064  

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

***