„Systémy CRISPR-Cas“ v bakteriích a virech identifikují a zničí napadající virové sekvence. Jedná se o bakteriální a archaální imunitní systém pro ochranu před virovými infekcemi. V roce 2012 byl systém CRISPR-Cas uznán jako a genom editační nástroj. Od té doby byla vyvinuta široká škála systémů CRISPR-Cas, které našly uplatnění v oblastech, jako je genová terapie, diagnostika, výzkum a zlepšování plodin. V současnosti dostupné systémy CRISPR-Cas však mají omezené klinické použití kvůli častému výskytu mimocílových úprav, neočekávaným mutacím DNA a dědičným problémům. Výzkumníci nedávno oznámili nový systém CRISPR-Cas, který může zacílit a zničit mRNA a Proteinů spojené s různými genetickými chorobami přesněji bez dopadu mimo cíl a dědičných problémů. Jmenuje se Craspase a je to první systém CRISPR-Cas, který ukazuje protein editační funkce. Je to také první systém, který dokáže upravovat RNA i protein. Protože Craspase překonává mnohá omezení stávajících systémů CRISPR-Cas, má potenciál způsobit revoluci v genové terapii, diagnostice a monitorování, biomedicínském výzkumu a zlepšování plodin.
„CRISPR-Cas systém“ je přirozený imunitní systém bakterií a archaea proti virovým infekcím, který identifikuje, váže a degraduje sekvence ve virovém genu, aby je chránil. Skládá se ze dvou částí – bakteriální RNA transkribovaná z virového genu začleněného do bakteriálního genomu po první infekci (nazývaná CRISPR, která identifikuje cílové sekvence napadajících virových genů) a přidruženého ničitele. protein s názvem „CRISPR související protein (Cas)“, který váže a degraduje identifikované sekvence ve virovém genu, aby chránil bakterie před viry.
CRISPER znamená „cluster pravidelně interspaced short palindromic repeats“. Je to transkribovaná bakteriální RNA charakterizovaná palindromickými repeticemi.
Palindromické repetice (CRISPR) byly poprvé objeveny v sekvencích E. coli v roce 1987. V roce 1995 pozoroval Francisco Mojica podobné struktury u archeí a byl to on, kdo o nich poprvé uvažoval jako o součásti imunitního systému bakterií a archeí. V roce 2008 bylo poprvé experimentálně prokázáno, že cílem imunitního systému bakterií a archeí je cizí DNA a nikoli mRNA. Mechanismus identifikace a degradace virových sekvencí naznačoval, že takové systémy by mohly být použity jako nástroj editaci genomu. Od svého uznání jako nástroje pro úpravu genomu v roce 2012 ušel systém CRISPR–Cas velmi dlouhou cestu jako pevně zavedený standard. edice genů systém a našel širokou škálu aplikací v biomedicíně, zemědělství, farmaceutickém průmyslu včetně klinické genové terapie1,2.
Široká škála CRISPR-Cas systémy jsou již identifikovány a v současné době jsou k dispozici pro monitorování a úpravu sekvencí DNA/RNA pro výzkum, screening léků, diagnostiku a léčbu. Současné systémy CRISPR/Cas jsou rozděleny do 2 tříd (třída 1 a 2) a šesti typů (typ I až XI). Systémy třídy 1 mají více Cas Proteinů které potřebují vytvořit funkční komplex, aby se navázaly a působily na své cíle. Na druhou stranu systémy třídy 2 mají pouze jeden velký Cas protein pro vazbu a degradaci cílových sekvencí, což usnadňuje použití systémů třídy 2. Běžně používané systémy třídy 2 jsou Cas 9 Typ II, Cas13 Typ VI a Cas12 Typ V. Tyto systémy mohou mít nežádoucí vedlejší účinky, tj. dopad mimo cíl a cytotoxicitu3,5.
Genové terapie založené na současných systémech CRISPR-Cas mají omezené klinické použití z důvodu častého výskytu editace mimo cíl, neočekávaných mutací DNA, včetně delecí velkých fragmentů DNA a velkých strukturních variant DNA na cílových i mimocílových místech, což vede k buněčné smrti a další dědičné problémy.
Craspase (nebo CRISPR naváděná kaspáza)
Výzkumníci nedávno oznámili nový systém CRISPER-Cas, což je systém třídy 2 typu III-E Cas7-11 spojený s kaspázovým systémem. protein odtud pojmenován Craspase nebo CRISPR naváděná kaspáza 5 (Kaspázy jsou cysteinové proteázy, které hrají klíčovou roli v apoptóze při rozkladu buněčných struktur). Má potenciální aplikace v oblastech, jako je genová terapie a diagnostika. Craspase je řízena RNA a cílena na RNA a nezapojuje se do sekvencí DNA. Dokáže zacílit a zničit mRNA a Proteinů spojené s různými genetickými chorobami přesněji bez dopadu mimo cíl. Eliminace genů spojených s nemocemi je tedy možná štěpením na úrovni mRNA nebo proteinu. Také, když je spojena se specifickým enzymem, může být Craspase také použita k modifikaci funkcí proteinů. Když jsou jeho funkce RNázy a proteázy odstraněny, Craspase se deaktivuje (dCraspase). Nemá žádnou funkci řezání, ale váže se s RNA a proteinovými sekvencemi. Proto lze dCraspase použít v diagnostice a zobrazování pro sledování a diagnostiku onemocnění nebo virů.
Craspase je první systém CRISPR-Cas, který ukazuje funkci úpravy proteinů. Je to také první systém, který dokáže upravovat RNA i protein. Své edice genů funkce přichází s minimálními účinky mimo cíl a bez dědičných problémů. Craspase je tedy pravděpodobně bezpečnější v klinickém použití a terapiích než jiné v současnosti dostupné systémy CRISPR-Cas 4,5.
Protože Craspase překonává mnohá omezení stávajících systémů CRISPR-Cas, má potenciál způsobit revoluci v genové terapii, diagnostice a monitorování, biomedicínském výzkumu a zlepšování plodin. Je zapotřebí více výzkumu, aby se vyvinul spolehlivý aplikační systém pro přesné zacílení genů způsobujících onemocnění v buňkách, než se prokáže bezpečnost a účinnost v klinických studiích.
***
Reference:
- Gostimskaja, I. CRISPR–Cas9: Historie jeho objevu a etické úvahy o jeho použití při úpravách genomu. Biochemie Moskva 87, 777–788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090
- Chao Li et al 2022. Výpočetní nástroje a zdroje pro úpravy genomu CRISPR/Cas. Genomika, proteomika a bioinformatika. Dostupné online 24. března 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006
- van Beljouw, SPB, Sanders, J., Rodríguez-Molina, A. et al. Systémy CRISPR–Cas zaměřené na RNA. Nat Rev Microbiol 21, 21–34 (2023). https://doi.org/10.1038/s41579-022-00793-y
- Chunyi Hu et al 2022. Craspase je CRISPR RNA-řízená, RNA-aktivovaná proteáza. Věda. 25. srpna 2022. svazek 377, vydání 6612. s. 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064
- Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase: Nový editor dvou genů CRISPR/Cas. Funkční a integrativní genomika 23, 98 (2023). Publikováno: 23. března 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0
***
