„CRISPR-Cas kerfi“ í bakteríum og vírusum bera kennsl á og eyða innrásarveiruröðum. Það er bakteríu- og fornleifaónæmiskerfi til varnar gegn veirusýkingum. Árið 2012 var CRISPR-Cas kerfið viðurkennt sem erfðamengi klippitæki. Síðan þá hefur breitt úrval af CRISPR-Cas kerfum verið þróað og hefur verið notað á sviðum eins og í genameðferð, greiningu, rannsóknum og uppskerubótum. Hins vegar hafa CRISPR-Cas kerfin sem nú eru tiltæk takmörkuð klínísk notkun vegna tíðra breytinga utan markhóps, óvæntra DNA stökkbreytinga og arfgengra vandamála. Vísindamenn hafa nýlega greint frá nýju CRISPR-Cas kerfi sem getur miðað og eyðilagt mRNA og prótein tengt mismunandi erfðasjúkdómum með nákvæmari hætti án áhrifa utan markmiðs og arfgengra vandamála. Það heitir Craspase og er fyrsta CRISPR-Cas kerfið sem sýnir prótein klippingaraðgerð. Það er líka fyrsta kerfið sem getur breytt bæði RNA og prótein. Vegna þess að Craspase sigrar margar takmarkanir á núverandi CRISPR-Cas kerfum, hefur það tilhneigingu til að gjörbylta genameðferð, greiningu og eftirliti, líflæknisfræðilegum rannsóknum og endurbótum á uppskeru.
„CRISPR-Cas kerfi“ er náttúrulegt ónæmiskerfi baktería og forndýra gegn veirusýkingum sem auðkennir, bindur og brýtur niður röð í veirugeninu til að vernda. Það samanstendur af tveimur hlutum - bakteríu-RNA sem umritað er úr veirugeninu sem er innlimað í erfðamengi bakteríunnar eftir fyrstu sýkingu (kallað CRISPR, þetta auðkennir markraðir innrásar veirugenanna) og tilheyrandi eyðileggjandi prótein kallað „CRISPR tengd prótein (Cas)“ sem bindur og brýtur niður auðkenndar raðir í veirugeninu til að vernda bakteríurnar gegn vírusum.
SKRÁPIR stendur fyrir „clustered regularly interspaced short palindromic repeats“. Það er umritað bakteríu-RNA sem einkennist af palindromic endurtekningum.
Palindromic endurtekningar (CRISPRs) voru fyrst uppgötvaðar í röð af E. coli árið 1987. Árið 1995 sá Francisco Mojica svipuð mannvirki í archaea og það var hann sem fyrst hugsaði um þetta sem hluta af ónæmiskerfi baktería og archaea. Árið 2008 var í fyrsta skipti sýnt með tilraunum að skotmark ónæmiskerfis baktería og forndýra væri framandi DNA en ekki mRNA. Meginreglan við auðkenningu og niðurbrotsveiruröðum benti til þess að hægt væri að nota slík kerfi sem tæki fyrir erfðamengi klippingu. Frá því að CRISPR-Cas kerfið var viðurkennt sem ritstýringartæki fyrir erfðamengi árið 2012 hefur CRISPR–Cas kerfið náð mjög langt sem fastmótaður staðall genagerð kerfi og hefur fundið margs konar notkun í líflæknisfræði, landbúnaði, lyfjaiðnaði, þar á meðal í klínískri genameðferð1,2.
Fjölbreytt úrval af CRISPR-Cas kerfi eru þegar auðkennd og eru nú fáanleg til að fylgjast með og breyta DNA/RNA röðum fyrir rannsóknir, lyfjaskimun, greiningu og meðferðir. Núverandi CRISPR/Cas kerfi eru skipt í 2 flokka (Class 1 og 2) og sex gerðir (Type I til XI). Class 1 kerfi eru með mörg Cas prótein sem þurfa að mynda starfhæfa flókið til að bindast og bregðast við markmiðum sínum. Aftur á móti eru kerfi 2 í flokki með aðeins eitt stórt Cas prótein til að binda og brjóta niður markraðir sem gerir Class 2 kerfi auðveldara í notkun. Algeng kerfi í flokki 2 eru Cas 9 tegund II, Cas13 tegund VI og Cas12 tegund V. Þessi kerfi geta haft óæskileg hliðaráhrif, þ.e. áhrif utan markmiðs og frumueiturhrif3,5.
Genameðferðir byggt á núverandi CRISPR-Cas kerfum hafa takmarkaða klíníska notkun vegna tíðra tilvika breytinga utan markhóps, óvæntra DNA stökkbreytinga, þar með talið stórra DNA búta úrfellinga og stórra DNA byggingarafbrigða bæði á marki og utan marksvæðis sem leiðir til frumudauða og önnur arfgeng vandamál.
Craspase (eða CRISPR-stýrður kaspasi)
Vísindamenn hafa nýlega greint frá nýju CRISPER-Cas kerfi sem er Class 2 Type III-E Cas7-11 kerfi sem tengist caspase-líku kerfi. prótein þess vegna nefndur Craspase eða CRISPR-stýrður kaspasi 5 (Caspasar eru cysteinpróteasar sem gegna lykilhlutverki í frumudauða við að brjóta niður frumubyggingar). Það hefur hugsanlega notkun á sviðum eins og genameðferð og greiningu. Craspasi er RNA-stýrður og RNA-miðaður og blandast ekki í DNA röðina. Það getur miðað og eyðilagt mRNA og prótein tengt mismunandi erfðasjúkdómum með nákvæmari hætti án áhrifa utan markmiðs. Þannig er brotthvarf gena sem tengjast sjúkdómum mögulegt með klofningu á mRNA eða próteinstigi. Einnig, þegar það er tengt við tiltekið ensím, er Craspase einnig hægt að nota til að breyta virkni próteina. Þegar RNase og próteasavirkni þess er fjarlægð, verður Craspase óvirkjaður (dCraspase). Það hefur enga skerandi virkni en binst RNA og próteinröð. Þess vegna er hægt að nota dCraspase í greiningu og myndgreiningu til að fylgjast með og greina sjúkdóma eða vírusa.
Craspase er fyrsta CRISPR-Cas kerfið sem sýnir próteinbreytingarvirkni. Það er líka fyrsta kerfið sem getur breytt bæði RNA og próteini. Þess genagerð virkni kemur með lágmarks áhrifum utan miða og engin arfgeng vandamál. Þess vegna er líklegt að Craspase sé öruggari í klínískri notkun og meðferð en önnur CRISPR-Cas kerfi sem nú eru fáanleg. 4,5.
Vegna þess að Craspase sigrar margar takmarkanir á núverandi CRISPR-Cas kerfum, hefur það tilhneigingu til að gjörbylta genameðferð, greiningu og eftirliti, líflæknisfræðilegum rannsóknum og endurbótum á uppskeru. Fleiri rannsóknir eru nauðsynlegar til að þróa áreiðanlegt afhendingarkerfi til að miða nákvæmlega á sjúkdómsvaldandi gena í frumunum áður en öryggi og virkni sannast í klínískum rannsóknum.
***
Tilvísanir:
- Gostimskaya, I. CRISPR–Cas9: Saga um uppgötvun þess og siðferðileg sjónarmið um notkun þess í erfðamengibreytingum. Lífefnafræði Moskvu 87, 777–788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090
- Chao Li et al 2022. Reikniverkfæri og auðlindir fyrir CRISPR/Cas erfðamengi klippingu. Erfðafræði, próteomics og lífupplýsingafræði. Í boði á netinu 24. mars 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006
- van Beljouw, SPB, Sanders, J., Rodríguez-Molina, A. o.fl. RNA-miðað CRISPR–Cas kerfi. Nat Rev Microbiol 21, 21–34 (2023). https://doi.org/10.1038/s41579-022-00793-y
- Chunyi Hu et al 2022. Craspase er CRISPR RNA-stýrður, RNA-virkjaður próteasi. Vísindi. 25. ágúst 2022. Vol 377, Issue 6612. bls. 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064
- Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase: Skáldsaga CRISPR/Cas tvískiptur gena ritstjóri. Functional & Integrative Genomics 23, 98 (2023). Birt: 23. mars 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0
***
