"CRISPR-Cas sustavi" u bakterijama i virusima identificiraju i uništavaju invazivne virusne sekvence. To je bakterijski i arhealni imunološki sustav za zaštitu od virusnih infekcija. U 2012. CRISPR-Cas sustav je prepoznat kao Genom alat za uređivanje. Od tada je razvijen širok raspon CRISPR-Cas sustava koji su našli primjenu u područjima kao što su genska terapija, dijagnostika, istraživanje i poboljšanje usjeva. Međutim, trenutačno dostupni sustavi CRISPR-Cas imaju ograničenu kliničku upotrebu zbog čestih pojava neciljanog uređivanja, neočekivanih mutacija DNK i nasljednih problema. Istraživači su nedavno izvijestili o novom CRISPR-Cas sustavu koji može ciljati i uništiti mRNA i proteini povezani s različitim genetskim bolestima točnije bez neciljanog utjecaja i nasljednih problema. Nazvan Craspase, to je prvi CRISPR-Cas sustav koji se pokazuje protein funkcija uređivanja. To je također prvi sustav koji može uređivati i RNA i protein. Budući da Craspase nadilazi mnoga ograničenja postojećih CRISPR-Cas sustava, ima potencijal revolucionarizirati gensku terapiju, dijagnostiku i praćenje, biomedicinska istraživanja i poboljšanje usjeva.
"CRISPR-Cas sustav" prirodni je imunološki sustav bakterija i arheja protiv virusnih infekcija koji identificira, veže i degradira sekvence u virusnom genu radi zaštite. Sastoji se od dva dijela – bakterijske RNA transkribirane iz virusnog gena ugrađenog u bakterijski genom nakon prve infekcije (naziva se CRISPR, ovo identificira ciljne sekvence invazivnih virusnih gena) i povezanog razarača protein pod nazivom “CRISPR povezan protein (Cas)” koji veže i razgrađuje identificirane sekvence u virusnom genu kako bi zaštitio bakterije od virusa.
JAKO označava "skupljena pravilno razmaknuta kratka palindromska ponavljanja". To je transkribirana bakterijska RNA koju karakteriziraju palindromska ponavljanja.
Palindromska ponavljanja (CRISPR) su prvi put otkrivena u sekvencama E. coli 1987. Godine 1995. Francisco Mojica primijetio je slične strukture u arhejama i on je bio taj koji je prvi pomislio na njih kao na dio imunološkog sustava bakterija i arheja. Godine 2008. prvi je put eksperimentalno dokazano da je meta imunološkog sustava bakterija i arheja strana DNA, a ne mRNA. Mehanizam identifikacije i degradacije virusnih sekvenci sugerira da bi se takvi sustavi mogli koristiti kao alat za uređivanje genoma. Otkako je 2012. prepoznat kao alat za uređivanje genoma, sustav CRISPR–Cas prešao je vrlo dug put kao čvrsto uspostavljen standard uređivanje gena sustav i pronašao je širok raspon primjena u biomedicini, poljoprivredi, farmaceutskoj industriji uključujući kliničku gensku terapiju1,2.
Širok izbor CRISPR-Cas sustavi su već identificirani i trenutno dostupni za praćenje i uređivanje DNA/RNA sekvenci za istraživanje, pregled lijekova, dijagnostiku i tretmane. Trenutačni CRISPR/Cas sustavi podijeljeni su u 2 klase (Klasa 1 i 2) i šest tipova (Tip I do XI). Sustavi klase 1 imaju više Cas proteini koji trebaju formirati funkcionalni kompleks za vezanje i djelovanje na svoje mete. S druge strane, sustavi klase 2 imaju samo jedan veliki Cas protein za vezanje i degradaciju ciljnih sekvenci što čini sustave klase 2 lakšim za korištenje. Često korišteni sustavi klase 2 su Cas 9 tip II, Cas13 tip VI i Cas12 tip V. Ovi sustavi mogu imati neželjene kolateralne učinke, tj. učinak izvan cilja i citotoksičnost3,5.
Genske terapije temeljeno na trenutnim CRISPR-Cas sustavima ograničena je klinička upotreba zbog čestih pojava uređivanja izvan cilja, neočekivanih mutacija DNK, uključujući velike delecije fragmenata DNK i velike DNK strukturne varijante na ciljnim i izvan ciljnih mjesta što dovodi do smrti stanica i drugi nasljedni problemi.
Kraspaza (ili kaspaza vođena CRISPR-om)
Istraživači su nedavno izvijestili o novom sustavu CRISPER-Cas koji je sustav klase 2 tipa III-E Cas7-11 povezan s kaspazom protein stoga i nazvan Kraspaza ili CRISPR-vođena kaspaza 5 (Kaspaze su cisteinske proteaze koje igraju ključnu ulogu u apoptozi razgradnjom staničnih struktura). Ima potencijalne primjene u područjima poput genske terapije i dijagnostike. Craspase je RNA-vođena i RNA-ciljana i ne uključuje se u sekvence DNA. Može ciljati i uništiti mRNA i proteini povezani s različitim genetskim bolestima točnije bez neciljanog utjecaja. Stoga je eliminacija gena povezanih s bolestima moguća cijepanjem na razini mRNA ili proteina. Također, kada je povezana sa specifičnim enzimom, Craspase se također može koristiti za modificiranje funkcija proteina. Kada se njegove funkcije RNaze i proteaze uklone, Craspase postaje deaktivirana (dCraspase). Nema funkciju rezanja, ali se veže s RNA i proteinskim sekvencama. Stoga se dCraspase može koristiti u dijagnostici i slikanju za praćenje i dijagnosticiranje bolesti ili virusa.
Craspase je prvi CRISPR-Cas sustav koji pokazuje funkciju uređivanja proteina. To je također prvi sustav koji može uređivati i RNA i protein. Njegovo uređivanje gena funkcija dolazi uz minimalne učinke izvan cilja i bez nasljednih problema. Stoga je vjerojatno da će Craspase biti sigurniji u kliničkoj uporabi i terapiji od ostalih trenutno dostupnih CRISPR-Cas sustava 4,5.
Budući da Craspase nadilazi mnoga ograničenja postojećih CRISPR-Cas sustava, ima potencijal revolucionarizirati gensku terapiju, dijagnostiku i praćenje, biomedicinska istraživanja i poboljšanje usjeva. Potrebno je više istraživanja kako bi se razvio pouzdan sustav isporuke za precizno ciljanje gena koji uzrokuju bolesti u stanicama prije nego što se u kliničkim ispitivanjima dokaže sigurnost i učinkovitost.
***
Reference:
- Gostimskaya, I. CRISPR–Cas9: Povijest njegovog otkrića i etička razmatranja njegove upotrebe u uređivanju genoma. Biokemija Moskva 87, 777–788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090
- Chao Li dr. 2022. Računalni alati i resursi za uređivanje genoma CRISPR/Cas. Genomika, proteomika i bioinformatika. Dostupno na mreži 24. ožujka 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006
- van Beljouw, SPB, Sanders, J., Rodríguez-Molina, A. et al. RNA-ciljani CRISPR–Cas sustavi. Nat Rev Microbiol 21, 21-34 (2023). https://doi.org/10.1038/s41579-022-00793-y
- Chunyi Hu dr. 2022. Craspase je CRISPR RNA-vođena, RNA-aktivirana proteaza. Znanost. 25. kolovoza 2022. Svezak 377, broj 6612. str. 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064
- Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase: Novi uređivač dvostrukog gena CRISPR/Cas. Funkcionalna i integrativna genomika 23, 98 (2023). Objavljeno: 23. ožujka 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0
***
