Craspase: ein neues, sichereres „CRISPR-Cas-System“, das sowohl Gene als auch Proteine ​​bearbeitet  

„CRISPR-Cas-Systeme“ in Bakterien und Viren identifizieren und zerstören eindringende Virussequenzen. Es handelt sich um ein bakterielles und archaisches Immunsystem zum Schutz vor Virusinfektionen. Im Jahr 2012 wurde das CRISPR-Cas-System als anerkannt Genom Bearbeitungstool. Seitdem wurde eine Vielzahl von CRISPR-Cas-Systemen entwickelt und findet Anwendung in Bereichen wie Gentherapie, Diagnostik, Forschung und Pflanzenverbesserung. Derzeit verfügbare CRISPR-Cas-Systeme haben jedoch aufgrund des häufigen Auftretens von Off-Target-Editing, unerwarteten DNA-Mutationen und vererbbaren Problemen nur begrenzten klinischen Nutzen. Forscher haben kürzlich über ein neuartiges CRISPR-Cas-System berichtet, das mRNA angreifen und zerstören kann proteiny genauer mit verschiedenen genetischen Krankheiten in Verbindung gebracht werden, ohne dass es zu unerwünschten Auswirkungen und vererbbaren Problemen kommt. Es trägt den Namen Craspase und ist das erste CRISPR-Cas-System, das dies zeigt Protein Bearbeitungsfunktion. Es ist auch das erste System, das sowohl RNA als auch bearbeiten kann Protein. Da Craspase viele Einschränkungen bestehender CRISPR-Cas-Systeme überwindet, hat es das Potenzial, die Gentherapie, Diagnostik und Überwachung, die biomedizinische Forschung und die Pflanzenverbesserung zu revolutionieren. 

„CRISPR-Cas-System“ ist ein natürliches Immunsystem von Bakterien und Archaeen gegen Virusinfektionen, das die zu schützenden Sequenzen im viralen Gen identifiziert, bindet und abbaut. Es besteht aus zwei Teilen – bakterieller RNA, die aus dem viralen Gen transkribiert wird, das nach der ersten Infektion in das bakterielle Genom eingebaut wird (CRISPR genannt, dies identifiziert die Zielsequenzen der eindringenden viralen Gene) und einem zugehörigen Zerstörer Protein namens „CRISPR assoziiert Protein (Cas)“, das die identifizierten Sequenzen im viralen Gen bindet und abbaut, um die Bakterien vor Viren zu schützen.  

KNACKIGER steht für „Clustered Regular Interspaced Short Palindromic Repeats“. Es handelt sich um transkribierte bakterielle RNA, die durch palindromische Wiederholungen gekennzeichnet ist.  

Palindromische Wiederholungen (CRISPRs) wurden erstmals in den Sequenzen von entdeckt E. coli im Jahr 1987. Im Jahr 1995 beobachtete Francisco Mojica ähnliche Strukturen in Archaeen und er war es, der diese erstmals als Teil des Immunsystems von Bakterien und Archaeen betrachtete. Im Jahr 2008 konnte erstmals experimentell nachgewiesen werden, dass das Ziel des Immunsystems von Bakterien und Archaeen fremde DNA und nicht mRNA ist. Der Mechanismus zur Identifizierung und zum Abbau viraler Sequenzen legte nahe, dass solche Systeme als Werkzeug für verwendet werden könnten Genom-Editierung. Seit seiner Anerkennung als Werkzeug zur Genombearbeitung im Jahr 2012 hat das CRISPR-Cas-System als fest etablierter Standard einen langen Weg zurückgelegt Gen Bearbeitung System und hat ein breites Anwendungsspektrum in der Biomedizin, der Landwirtschaft und der pharmazeutischen Industrie einschließlich der klinischen Gentherapie gefunden^1,2.  

Eine breite Palette von CRISPR-Cas-Systeme sind bereits identifiziert und derzeit für die Überwachung und Bearbeitung von DNA/RNA-Sequenzen für Forschung, Arzneimittelscreening, Diagnostik und Behandlung verfügbar. Die aktuellen CRISPR/Cas-Systeme sind in 2 Klassen (Klasse 1 und 2) und sechs Typen (Typ I bis XI) unterteilt. Systeme der Klasse 1 verfügen über mehrere Cas proteiny die einen funktionellen Komplex bilden müssen, um ihre Ziele zu binden und auf sie einzuwirken. Andererseits verfügen Systeme der Klasse 2 nur über ein großes Cas Protein zum Binden und Abbauen von Zielsequenzen, wodurch Klasse-2-Systeme einfacher zu verwenden sind. Häufig verwendete Klasse-2-Systeme sind Cas 9 Typ II, Cas13 Typ VI und Cas12 Typ V. Diese Systeme können unerwünschte Nebenwirkungen haben, z. B. Auswirkungen außerhalb des Ziels und Zytotoxizität^3,5.  

Gentherapien Basierend auf aktuellen CRISPR-Cas-Systemen ist der klinische Nutzen aufgrund des häufigen Auftretens von Off-Target-Editing, unerwarteten DNA-Mutationen, einschließlich großer DNA-Fragmentdeletionen und großer DNA-Strukturvarianten sowohl an Target- als auch Off-Target-Stellen, die zum Zelltod führen, begrenzt und andere vererbbare Probleme.  

Craspase (oder CRISPR-gesteuerte Caspase)  

Forscher haben kürzlich über ein neuartiges CRISPER-Cas-System berichtet, bei dem es sich um ein Cas2-7-System der Klasse 11 Typ III-E handelt, das mit einem Caspase-ähnlichen System assoziiert ist Protein daher benannt Craspase oder CRISPR-gesteuerte Caspase ⁵ (Caspasen sind Cysteinproteasen, die eine Schlüsselrolle bei der Apoptose beim Abbau zellulärer Strukturen spielen). Es hat potenzielle Anwendungen in Bereichen wie Gentherapie und Diagnostik. Craspase ist RNA-gesteuert und RNA-zielgerichtet und greift nicht in die DNA-Sequenzen ein. Es kann mRNA angreifen und zerstören proteiny genauer mit verschiedenen genetischen Erkrankungen in Verbindung gebracht werden, ohne dass es zu unerwünschten Auswirkungen kommt. Somit ist die Eliminierung von mit Krankheiten assoziierten Genen durch Spaltung auf mRNA- oder Proteinebene möglich. In Verbindung mit einem spezifischen Enzym kann Craspase auch zur Modifizierung der Funktionen von Proteinen eingesetzt werden. Wenn seine RNase- und Protease-Funktionen entfernt werden, wird Craspase deaktiviert (dCraspase). Es hat keine Schneidfunktion, sondern bindet an RNA- und Proteinsequenzen. Daher kann dCraspase in der Diagnostik und Bildgebung zur Überwachung und Diagnose von Krankheiten oder Viren eingesetzt werden.  

Craspase ist das erste CRISPR-Cas-System, das eine Protein-Editing-Funktion zeigt. Es ist außerdem das erste System, das sowohl RNA als auch Protein bearbeiten kann. Es ist Gen Bearbeitung Die Funktion weist nur minimale Nebenwirkungen außerhalb des Ziels und keine vererbbaren Probleme auf. Daher dürfte Craspase im klinischen Einsatz und in der Therapie sicherer sein als andere derzeit verfügbare CRISPR-Cas-Systeme ^4,5.    

Da Craspase viele Einschränkungen bestehender CRISPR-Cas-Systeme überwindet, hat es das Potenzial, die Gentherapie, Diagnostik und Überwachung, biomedizinische Forschung und Pflanzenverbesserung zu revolutionieren. Es bedarf weiterer Forschung, um ein zuverlässiges Abgabesystem zu entwickeln, das gezielt auf krankheitsverursachende Gene in den Zellen abzielt, bevor die Sicherheit und Wirksamkeit in klinischen Studien nachgewiesen werden kann.   

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References:  

1. Gostimskaya, I. CRISPR–Cas9: Eine Geschichte seiner Entdeckung und ethische Überlegungen zu seiner Verwendung bei der Genombearbeitung. Biochemie Moskau 87, 777–788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090  

2. Cha Li et al 2022. Computertools und Ressourcen für die CRISPR/Cas-Genombearbeitung. Genomik, Proteomik und Bioinformatik. Online verfügbar am 24. März 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006 

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

4. Chunyi Hu et al 2022. Craspase ist eine CRISPR-RNA-gesteuerte, RNA-aktivierte Protease. Wissenschaft. 25. August 2022. Band 377, Ausgabe 6612. S. 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064  

5. Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase: Ein neuartiger CRISPR/Cas-Dual-Gen-Editor. Functional & Integrative Genomics 23, 98 (2023). Veröffentlicht: 23. März 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0 

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