Craspase: et nytt sikrere "CRISPR - Cas System" som redigerer både gener og proteiner  

"CRISPR-Cas-systemer" i bakterier og virus identifiserer og ødelegger invaderende virale sekvenser. Det er bakterielt og arkealt immunsystem for beskyttelse mot virusinfeksjoner. I 2012 ble CRISPR-Cas-systemet anerkjent som et genom redigeringsverktøy. Siden den gang har et bredt spekter av CRISPR-Cas-systemer blitt utviklet og har funnet anvendelser innen områder som genterapi, diagnostikk, forskning og avlingsforbedring. For tiden tilgjengelige CRISPR-Cas-systemer har imidlertid begrenset klinisk bruk på grunn av hyppige forekomster av redigering utenfor mål, uventede DNA-mutasjoner og arvelige problemer. Forskere har nylig rapportert om et nytt CRISPR-Cas-system som kan målrette og ødelegge mRNA og proteiner assosiert med ulike genetiske sykdommer mer nøyaktig uten påvirkning utenfor målet og arvelige problemer. Med navnet Craspase er det det første CRISPR-Cas-systemet som vises protein redigeringsfunksjon. Det er også det første systemet som kan redigere både RNA og protein. Fordi Craspase overvinner mange begrensninger ved eksisterende CRISPR-Cas-systemer, har det potensial til å revolusjonere genterapi, diagnostikk og overvåking, biomedisinsk forskning og avlingsforbedring. 

"CRISPR-Cas system" er et naturlig immunsystem av bakterier og archaea mot virusinfeksjoner som identifiserer, binder og bryter ned sekvensene i det virale genet for å beskytte. Den består av to deler – bakteriell RNA transkribert fra det virale genet inkorporert i bakteriegenomet etter første infeksjon (kalt CRISPR, dette identifiserer målsekvensene til de invaderende virale genene) og en assosiert ødelegger protein kalt "CRISPR assosiert protein (Cas)» som binder og bryter ned de identifiserte sekvensene i det virale genet for å beskytte bakteriene mot virus.  

SKARPER står for "clustered regularly interspaced short palindromic repeats". Det er transkribert bakteriell RNA preget av palindromiske gjentakelser.  

Palindromiske gjentakelser (CRISPRs) ble først oppdaget i sekvensene av E. coli i 1987. I 1995 observerte Francisco Mojica lignende strukturer i archaea, og det var han som først tenkte på disse som en del av immunsystemet til bakterier og archaea. I 2008 ble det eksperimentelt demonstrert for første gang at målet for immunsystemet til bakterier og archaea var fremmed DNA og ikke mRNA. Mekanismen for identifikasjon og nedbrytning av virale sekvenser antydet at slike systemer kunne brukes som et verktøy for genom redigering. Siden det ble anerkjent som et genomredigeringsverktøy i 2012, har CRISPR–Cas-systemet kommet veldig langt som en fast etablert standard genredigering system og har funnet et bredt spekter av bruksområder innen biomedisin, landbruk, farmasøytisk industri inkludert i klinisk genterapi^1,2.  

Et vidt utvalg av CRISPR-Cas-systemer er allerede identifisert og tilgjengelig for overvåking og redigering av DNA/RNA-sekvenser for forskning, medikamentscreening, diagnostikk og behandlinger. De nåværende CRISPR/Cas-systemene er delt inn i 2 klasser (klasse 1 og 2) og seks typer (type I til XI). Klasse 1-systemer har flere Cas proteiner som trenger å danne et funksjonelt kompleks for å binde og handle på sine mål. På den annen side har klasse 2-systemer bare ett stort Cas protein for binding og nedbrytning av målsekvenser som gjør klasse 2-systemer enklere å bruke. Vanlig brukte klasse 2-systemer er Cas 9 Type II, Cas13 Type VI og Cas12 Type V. Disse systemene kan ha uønskede sideeffekter, dvs. påvirkning utenfor målet og cytotoksisitet^3,5.  

Genterapier basert på gjeldende CRISPR-Cas-systemer har begrenset klinisk bruk på grunn av hyppige forekomster av redigering utenfor målet, uventede DNA-mutasjoner, inkludert store DNA-fragmentslettinger og store DNA-strukturvarianter både på og utenfor målet som fører til celledød. og andre arvelige problemer.  

Craspase (eller CRISPR-veiledet caspase)  

Forskere har nylig rapportert om et nytt CRISPER-Cas-system som er et klasse 2 Type III-E Cas7-11-system assosiert med en caspase-lignende protein derav navngitt Craspase eller CRISPR-veiledet caspase ⁵ (Caspaser er cysteinproteaser som spiller en nøkkelrolle i apoptose i å bryte ned cellulære strukturer). Den har potensielle anvendelser innen områder som genterapi og diagnostikk. Craspase er RNA-veiledet og RNA-målrettet og blir ikke involvert i DNA-sekvensene. Det kan målrette og ødelegge mRNA og proteiner assosiert med ulike genetiske sykdommer mer nøyaktig uten påvirkning utenfor målet. Dermed er eliminering av gener assosiert med sykdommer mulig ved spaltning på mRNA- eller proteinnivå. Også, når koblet med spesifikt enzym, kan Craspase også brukes til å modifisere funksjoner til proteiner. Når dens RNase- og proteasefunksjoner fjernes, blir Craspase deaktivert (dCraspase). Den har ingen skjærende funksjon, men binder seg med RNA og proteinsekvenser. Derfor kan dCraspase brukes i diagnostikk og bildebehandling for å overvåke og diagnostisere sykdommer eller virus.  

Craspase er det første CRISPR-Cas-systemet som viser proteinredigeringsfunksjon. Det er også det første systemet som kan redigere både RNA og protein. Det er genredigering funksjonen kommer med minimale effekter utenfor målet og ingen arvelige problemer. Derfor vil Craspase sannsynligvis være tryggere i klinisk bruk og terapi enn andre tilgjengelige CRISPR-Cas-systemer ^4,5.    

Fordi Craspase overvinner mange begrensninger ved eksisterende CRISPR-Cas-systemer, har det potensial til å revolusjonere genterapi, diagnostikk og overvåking, biomedisinsk forskning og avlingsforbedring. Mer forskning er nødvendig for å utvikle pålitelig leveringssystem for nøyaktig å målrette sykdomsfremkallende gener i cellene før sikkerhet og effekt kan bevises i kliniske studier.   

*** 

Referanser:  

1. Gostimskaya, I. CRISPR–Cas9: En historie om dens oppdagelse og etiske vurderinger av bruken i genomredigering. Biochemistry Moscow 87, 777–788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090  

2. Chao Li et al 2022. Computational Tools and Resources for CRISPR/Cas Genome Editing. Genomikk, proteomikk og bioinformatikk. Tilgjengelig online 24. mars 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006 

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

4. Chunyi Hu et al 2022. Craspase er en CRISPR RNA-veiledet, RNA-aktivert protease. Vitenskap. 25. august 2022. Vol. 377, utgave 6612. s. 1278-1285. GJØR JEG: https://doi.org/10.1126/science.add5064  

5. Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase: En ny CRISPR/Cas-redigering av to gener. Functional & Integrative Genomics 23, 98 (2023). Publisert: 23. mars 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0 

***