Craspase: ett nytt säkrare "CRISPR - Cas System" som redigerar både gener och proteiner  

"CRISPR-Cas-system" i bakterier och virus identifierar och förstör invaderande virussekvenser. Det är ett bakteriellt och arkealt immunsystem för skydd mot virusinfektioner. 2012 erkändes CRISPR-Cas-systemet som ett Genome redigeringsverktyg. Sedan dess har ett brett utbud av CRISPR-Cas-system utvecklats och har funnit tillämpningar inom områden som genterapi, diagnostik, forskning och odling. Men för närvarande tillgängliga CRISPR-Cas-system har begränsad klinisk användning på grund av frekventa förekomster av redigering utanför mål, oväntade DNA-mutationer och ärftliga problem. Forskare har nyligen rapporterat ett nytt CRISPR-Cas-system som kan rikta in sig på och förstöra mRNA och proteiner associerade med olika genetiska sjukdomar mer exakt utan påverkan utanför målet och ärftliga problem. Med namnet Craspase är det det första CRISPR-Cas-systemet som visas proteinet redigeringsfunktion. Det är också det första systemet som kan redigera både RNA och proteinet. Eftersom Craspase övervinner många begränsningar hos befintliga CRISPR-Cas-system, har den potential att revolutionera genterapi, diagnostik och övervakning, biomedicinsk forskning och grödaförbättring. 

"CRISPR-Cas system" är ett naturligt immunsystem av bakterier och arkéer mot virusinfektioner som identifierar, binder och bryter ned sekvenserna i den virala genen för att skydda. Den består av två delar – bakteriellt RNA transkriberat från den virala genen som ingår i bakteriegenomet efter den första infektionen (kallas CRISPR, detta identifierar målsekvenserna för de invaderande virala generna) och en associerad förstörare proteinet kallas "CRISPR associerad proteinet (Cas)” som binder och bryter ned de identifierade sekvenserna i den virala genen för att skydda bakterierna mot virus.  

KNAPPARE står för "klustrade, regelbundet mellanrum korta palindromiska upprepningar". Det är transkriberat bakteriellt RNA som kännetecknas av palindromiska upprepningar.  

Palindromiska upprepningar (CRISPR) upptäcktes först i sekvenserna av E.coli år 1987. År 1995 observerade Francisco Mojica liknande strukturer i archaea, och det var han som först tänkte på dessa som en del av immunsystemet hos bakterier och archaea. 2008 visades det för första gången experimentellt att målet för immunsystemet hos bakterier och arkéer var främmande DNA och inte mRNA. Mekanismen för identifiering och nedbrytning av virala sekvenser föreslog att sådana system skulle kunna användas som ett verktyg för genom redigering. Sedan det erkändes som ett genomredigeringsverktyg 2012 har CRISPR-Cas-systemet kommit mycket långt som en fast etablerad standard genredigering system och har hittat ett brett spektrum av tillämpningar inom biomedicin, jordbruk, läkemedelsindustri inklusive klinisk genterapi^1,2.  

Ett brett spektrum av Crispr-Cas-system är redan identifierade och för närvarande tillgängliga för övervakning och redigering av DNA/RNA-sekvenser för forskning, läkemedelsscreening, diagnostik och behandlingar. De nuvarande CRISPR/Cas-systemen är indelade i 2 klasser (klass 1 och 2) och sex typer (typ I till XI). Klass 1-system har flera Cas proteiner som behöver bilda ett funktionellt komplex för att binda och agera på sina mål. Å andra sidan har klass 2-system bara en stor Cas proteinet för bindning och nedbrytning av målsekvenser vilket gör klass 2-system lättare att använda. Vanligt använda klass 2-system är Cas 9 typ II, Cas13 typ VI och Cas12 typ V. Dessa system kan ha oönskade sidoeffekter, dvs. påverkan utanför målet och cytotoxicitet^3,5.  

Genterapier baserade på nuvarande CRISPR-Cas-system har begränsad klinisk användning på grund av frekventa förekomster av redigering utanför målet, oväntade DNA-mutationer, inklusive stora DNA-fragment deletioner och stora DNA-strukturvarianter på både på och utanför målet platser som leder till celldöd och andra ärftliga problem.  

Craspase (eller CRISPR-guidad caspas)  

Forskare har nyligen rapporterat ett nytt CRISPER-Cas-system som är ett klass 2 typ III-E Cas7-11-system förknippat med ett kaspasliknande proteinet därav namnet Craspase eller CRISPR-guided caspas ⁵ (Kaspaser är cysteinproteaser som spelar nyckelroll i apoptos för att bryta ner cellulära strukturer). Det har potentiella tillämpningar inom områden som genterapi och diagnostik. Craspas är RNA-styrt och RNA-riktat och engagerar sig inte i DNA-sekvenserna. Det kan rikta och förstöra mRNA och proteiner associeras med olika genetiska sjukdomar mer exakt utan påverkan utanför målet. Således är eliminering av gener associerade med sjukdomar möjlig genom klyvning på mRNA- eller proteinnivå. När det är kopplat till ett specifikt enzym kan Craspas också användas för att modifiera funktioner hos proteiner. När dess RNas- och proteasfunktioner tas bort, deaktiveras Craspase (dCraspase). Den har ingen skärande funktion utan binder med RNA och proteinsekvenser. Därför kan dCraspase användas i diagnostik och bildbehandling för att övervaka och diagnostisera sjukdomar eller virus.  

Craspase är det första CRISPR-Cas-systemet som visar proteinredigeringsfunktion. Det är också det första systemet som kan redigera både RNA och protein. Dess genredigering funktionen kommer med minimala effekter utanför målet och inga ärftliga problem. Därför är Craspase sannolikt säkrare vid klinisk användning och behandling än andra för närvarande tillgängliga CRISPR-Cas-system ^4,5.    

Eftersom Craspase övervinner många begränsningar hos befintliga CRISPR-Cas-system, har den potential att revolutionera genterapi, diagnostik och övervakning, biomedicinsk forskning och grödaförbättring. Mer forskning behövs för att utveckla ett tillförlitligt leveranssystem för att exakt inrikta sig på sjukdomsframkallande gener i cellerna innan säkerhet och effekt bevisas i kliniska prövningar.   

*** 

Referenser:  

1. Gostimskaya, I. CRISPR-Cas9: En historia om dess upptäckt och etiska överväganden om dess användning vid genomredigering. Biochemistry Moscow 87, 777–788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090  

2. Chao Li et al, 2022. Beräkningsverktyg och resurser för CRISPR/Cas Genome-redigering. Genomik, proteomik och bioinformatik. Tillgänglig 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-inriktade CRISPR-Cas-system. Nat Rev Microbiol 21, 21–34 (2023). https://doi.org/10.1038/s41579-022-00793-y 

4. Chunyi Hu et al, 2022. Craspase är ett CRISPR RNA-styrt, RNA-aktiverat proteas. Vetenskap. 25 aug 2022. Vol 377, Issue 6612. s. 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064  

5. Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase: A novel CRISPR/Cas dual gen editor. Functional & Integrative Genomics 23, 98 (2023). Publicerad: 23 mars 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0 

***