Craspase: новая больш бяспечная «CRISPR – Cas System», якая рэдагуе як гены, так і вавёркі  

«Сістэмы CRISPR-Cas» у бактэрыях і вірусах ідэнтыфікуюць і знішчаюць паслядоўнасці ўварвання вірусаў. Гэта бактэрыяльная і археальная імунная сістэма для абароны ад вірусных інфекцый. У 2012 годзе сістэма CRISPR-Cas была прызнана а геном інструмент рэдагавання. З тых часоў быў распрацаваны шырокі спектр сістэм CRISPR-Cas, якія знайшлі прымяненне ў такіх галінах, як генная тэрапія, дыягностыка, даследаванні і паляпшэнне ўраджаю. Тым не менш, даступныя ў цяперашні час сістэмы CRISPR-Cas маюць абмежаванае клінічнае прымяненне з-за частых узнікненняў непрызначанага рэдагавання, нечаканых мутацый ДНК і спадчынных праблем. Даследчыкі нядаўна паведамілі аб новай сістэме CRISPR-Cas, якая можа нацэльваць і разбураць мРНК і бялкі звязаны з рознымі генетычнымі захворваннямі больш дакладна без пабочнага ўздзеяння і спадчынных праблем. Названая Craspase, гэта першая сістэма CRISPR-Cas, якая паказвае бялок функцыя рэдагавання. Гэта таксама першая сістэма, якая можа рэдагаваць як РНК, так і бялок. Паколькі Craspase пераадольвае многія абмежаванні існуючых сістэм CRISPR-Cas, ён можа здзейсніць рэвалюцыю ў геннай тэрапіі, дыягностыцы і маніторынгу, біямедыцынскіх даследаваннях і паляпшэнні ўраджаю. 

«Сістэма CRISPR-Cas» - гэта натуральная імунная сістэма бактэрый і архей супраць вірусных інфекцый, якая вызначае, звязвае і дэградуе паслядоўнасці ў вірусным гене для абароны. Ён складаецца з дзвюх частак - бактэрыяльнай РНК, транскрыбаванай з віруснага гена, уключанага ў бактэрыяльны геном пасля першай інфекцыі (так званага CRISPR, гэта ідэнтыфікуе паслядоўнасці-мішэні ўварвальных вірусных генаў) і звязанага з ім разбуральніка бялок называецца «CRISPR, звязаны бялок (Cas)», які звязвае і разбурае ідэнтыфікаваныя паслядоўнасці ў вірусным гене для абароны бактэрый ад вірусаў.  

ХРАСТКІ расшыфроўваецца як «кластарныя, рэгулярна размешчаныя паміж сабой кароткія паліндромныя паўторы». Гэта транскрыбаваная бактэрыяльная РНК, якая характарызуецца паліндромнымі паўторамі.  

Паліндромныя паўторы (CRISPR) былі ўпершыню выяўлены ў паслядоўнасцях E. палачкі у 1987 г. У 1995 г. Францыска Мохіка назіраў падобныя структуры ў архей, і менавіта ён упершыню падумаў пра іх як пра частку імуннай сістэмы бактэрый і архей. У 2008 годзе ўпершыню было эксперыментальна паказана, што мішэнню імуннай сістэмы бактэрый і архей з'яўляецца чужародная ДНК, а не мРНК. Механізм ідэнтыфікацыі і дэградацыі вірусных паслядоўнасцяў выказаў здагадку, што такія сістэмы могуць быць выкарыстаны ў якасці інструмента для рэдагаванне геному. З моманту свайго прызнання ў якасці інструмента для рэдагавання геному ў 2012 годзе сістэма CRISPR-Cas прайшла вельмі доўгі шлях у якасці трывалага стандарту рэдагаванне гена сістэма і знайшла шырокі спектр прымянення ў біямедыцыне, сельскай гаспадарцы, фармацэўтычнай прамысловасці, у тым ліку ў клінічнай геннай тэрапіі^1,2.  

шырокі дыяпазон CRISPR-Сістэмы Cas ужо ідэнтыфікаваныя і ў цяперашні час даступныя для маніторынгу і рэдагавання паслядоўнасцей ДНК/РНК для даследаванняў, скрынінга лекаў, дыягностыкі і лячэння. Сучасныя сістэмы CRISPR/Cas дзеляцца на 2 класы (клас 1 і 2) і шэсць тыпаў (тып I - XI). Сістэмы класа 1 маюць некалькі Cas бялкі якія павінны ўтварыць функцыянальны комплекс для звязвання і ўздзеяння на свае мэты. З іншага боку, сістэмы класа 2 маюць толькі адзін вялікі Cas бялок для звязвання і дэградацыі мэтавых паслядоўнасцей, што робіць сістэмы класа 2 прасцей у выкарыстанні. Звычайна выкарыстоўваюцца сістэмы класа 2: Cas 9 тыпу II, Cas13 тыпу VI і Cas12 тыпу V. Гэтыя сістэмы могуць мець непажаданыя пабочныя эфекты, напрыклад, неаб'ектавы эфект і цытатаксічнасць^3,5.  

Генная тэрапія заснаваныя на цяперашніх сістэмах CRISPR-Cas маюць абмежаванае клінічнае прымяненне з-за частых выпадкаў рэдагавання па-за мэтай, нечаканых мутацый ДНК, у тым ліку вялікіх выдаленняў фрагментаў ДНК і вялікіх структурных варыянтаў ДНК як у мэтавых, так і па-за мэтавых месцах, што прыводзіць да гібелі клетак і іншыя спадчынныя праблемы.  

Краспаза (або каспаза пад кіраўніцтвам CRISPR)  

Даследчыкі нядаўна паведамілі аб новай сістэме CRISPER-Cas, якая з'яўляецца сістэмай Cas2-7 класа 11 тыпу III-E, звязанай з каспазападобным бялок таму і названы Краспаза або каспаза, кіраваная CRISPR ⁵ (Каспазы - гэта цыстэінавыя пратэазы, якія гуляюць ключавую ролю ў апоптозе пры разбурэнні клеткавых структур). Ён мае патэнцыял прымянення ў такіх галінах, як генная тэрапія і дыягностыка. Краспаза кіруецца РНК і нацэлена на РНК і не ўвязваецца ў паслядоўнасці ДНК. Ён можа нацэльваць і знішчаць мРНК і бялкі звязаны з рознымі генетычнымі захворваннямі больш дакладна без пабочнага ўздзеяння. Такім чынам, ліквідацыя генаў, звязаных з хваробамі, магчымая шляхам расшчаплення на ўзроўні мРНК або бялку. Акрамя таго, пры злучэнні са спецыфічным ферментам краспазу можна таксама выкарыстоўваць для змены функцый бялкоў. Калі функцыі РНКазы і пратэазы выдаляюцца, краспаза дэактывуецца (дкраспаза). Ён не мае рэжучай функцыі, але звязваецца з РНК і бялковымі паслядоўнасцямі. Такім чынам, dCraspase можна выкарыстоўваць у дыягностыцы і візуалізацыі для маніторынгу і дыягностыкі захворванняў або вірусаў.  

Craspase - гэта першая сістэма CRISPR-Cas, якая паказвае функцыю рэдагавання бялку. Гэта таксама першая сістэма, якая можа рэдагаваць як РНК, так і бялок. Яго рэдагаванне гена функцыя забяспечвае мінімальнае пабочнае ўздзеянне і адсутнасць спадчынных праблем. Такім чынам, Craspase, верагодна, будзе больш бяспечным у клінічным выкарыстанні і тэрапеўтычных мэтах, чым іншыя даступныя ў цяперашні час сістэмы CRISPR-Cas ^4,5.    

Паколькі Craspase пераадольвае многія абмежаванні існуючых сістэм CRISPR-Cas, ён можа здзейсніць рэвалюцыю ў геннай тэрапіі, дыягностыцы і маніторынгу, біямедыцынскіх даследаваннях і паляпшэнні ўраджаю. Неабходныя дадатковыя даследаванні для распрацоўкі надзейнай сістэмы дастаўкі для дакладнага ўздзеяння на хваробатворныя гены ў клетках, перш чым даказаць бяспеку і эфектыўнасць у клінічных выпрабаваннях.   

*** 

Спасылкі:  

1. Gostimskaya, I. CRISPR–Cas9: Гісторыя яго адкрыцця і этычныя меркаванні яго выкарыстання ў рэдагаванні геному. Біяхімія Масква 87, 777–788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090  

2. Чао Лі і інш 2022. Вылічальныя інструменты і рэсурсы для рэдагавання геному CRISPR/Cas. Геноміка, пратэёміка і біяінфарматыка. Даступна ў Інтэрнэце 24 сакавіка 2022 г. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006 

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

4. Чуньі Ху і інш 2022. Краспаза - гэта пратэаза, якая кіруецца РНК CRISPR і актывуецца РНК. Навука. 25 жніўня 2022 г. Том 377, выпуск 6612. С. 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064  

5. Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Kraspase: Новы рэдактар ​​падвойных генаў CRISPR/Cas. Функцыянальная і інтэгратыўная геноміка 23, 98 (2023). Апублікавана: 23 сакавіка 2023 г. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0 

***