Craspase : “CRISPR – Sistem Cas” baharu yang lebih selamat yang menyunting kedua-dua Gen dan Protein  

"Sistem CRISPR-Cas" dalam bakteria dan virus mengenal pasti dan memusnahkan urutan virus yang menyerang. Ia adalah sistem imun bakteria dan archaeal untuk perlindungan daripada jangkitan virus. Pada tahun 2012, sistem CRISPR-Cas telah diiktiraf sebagai a genom alat penyuntingan. Sejak itu, pelbagai sistem CRISPR-Cas telah dibangunkan dan telah menemui aplikasi dalam bidang seperti dalam terapi gen, diagnostik, penyelidikan dan pembaikan tanaman. Walau bagaimanapun, sistem CRISPR-Cas yang tersedia pada masa ini mempunyai penggunaan klinikal yang terhad disebabkan oleh pengeditan luar sasaran yang kerap, mutasi DNA yang tidak dijangka dan masalah yang boleh diwarisi. Penyelidik baru-baru ini melaporkan sistem CRISPR-Cas novel yang boleh menyasarkan dan memusnahkan mRNA dan protein dikaitkan dengan penyakit genetik yang berbeza dengan lebih tepat tanpa kesan luar sasaran dan masalah yang boleh diwarisi. Dinamakan Craspase, ia adalah sistem CRISPR-Cas pertama yang ditunjukkan protein soya fungsi penyuntingan. Ia juga merupakan sistem pertama yang boleh mengedit kedua-dua RNA dan protein soya. Oleh kerana Craspase mengatasi banyak batasan sistem CRISPR-Cas sedia ada, ia berpotensi untuk merevolusikan terapi gen, diagnostik dan pemantauan, penyelidikan bioperubatan dan pembaikan tanaman. 

"Sistem CRISPR-Cas" ialah sistem imun semulajadi bakteria dan archaea terhadap jangkitan virus yang mengenal pasti, mengikat dan merendahkan urutan dalam gen virus untuk dilindungi. Ia terdiri daripada dua bahagian - RNA bakteria yang ditranskripsi daripada gen virus yang digabungkan dalam genom bakteria selepas jangkitan pertama (dipanggil CRISPR, ini mengenal pasti urutan sasaran gen virus yang menyerang) dan pemusnah yang berkaitan protein soya dipanggil "CRISPR yang berkaitan protein soya (Cas)” yang mengikat dan merendahkan urutan yang dikenal pasti dalam gen virus untuk melindungi bakteria daripada virus.  

RANGUP bermaksud "ulangan palindromik pendek berkelompok yang kerap bersilang". Ia ditranskripsikan RNA bakteria yang dicirikan oleh ulangan palindromik.  

Ulangan Palindromik (CRISPRs) pertama kali ditemui dalam urutan E. coli pada tahun 1987. Pada tahun 1995, Francisco Mojica memerhatikan struktur serupa dalam archaea, dan dialah yang pertama kali menganggap ini sebagai sebahagian daripada sistem imun bakteria dan archaea. Pada tahun 2008, ia telah ditunjukkan secara eksperimen buat kali pertama bahawa sasaran sistem imun bakteria dan archaea adalah DNA asing dan bukan mRNA. Mekanisme pengenalpastian dan degradasi urutan virus mencadangkan bahawa sistem sedemikian boleh digunakan sebagai alat untuk penyuntingan genom. Sejak pengiktirafannya sebagai alat penyuntingan genom pada tahun 2012, sistem CRISPR–Cas telah mencapai tahap yang sangat jauh sebagai piawaian yang mantap. gen editing sistem dan telah menemui pelbagai aplikasi dalam bioperubatan, pertanian, industri farmaseutikal termasuk dalam terapi gen klinikal^1,2.  

Pelbagai CRISPR-Sistem Cas telah dikenal pasti dan kini tersedia untuk memantau dan menyunting urutan DNA/RNA untuk penyelidikan, pemeriksaan dadah, diagnostik dan rawatan. Sistem CRISPR/Cas semasa dibahagikan kepada 2 kelas (Kelas 1 dan 2) dan enam jenis (Jenis I hingga XI). Sistem Kelas 1 mempunyai berbilang Cas protein yang perlu membentuk kompleks berfungsi untuk mengikat dan bertindak ke atas sasaran mereka. Sebaliknya, sistem Kelas 2 hanya mempunyai satu Cas besar protein soya untuk mengikat dan merendahkan jujukan sasaran yang menjadikan sistem Kelas 2 lebih mudah digunakan. Sistem Kelas 2 yang biasa digunakan ialah Cas 9 Type II, Cas13 Type VI dan Cas12 Type V. Sistem ini mungkin mempunyai kesan cagaran yang tidak diingini iaitu, kesan luar sasaran dan sitotoksisiti.^3,5.  

Terapi gen berdasarkan CRISPR- Sistem Cas semasa mempunyai penggunaan klinikal yang terhad kerana kerap berlaku pengeditan di luar sasaran, mutasi DNA yang tidak dijangka, termasuk penghapusan serpihan DNA yang besar dan varian struktur DNA yang besar di tapak sasaran dan luar sasaran yang membawa kepada kematian sel dan masalah lain yang boleh diwarisi.  

Craspase (atau caspase berpandukan CRISPR)  

Penyelidik baru-baru ini melaporkan sistem CRISPER-Cas novel yang merupakan sistem Kelas 2 Jenis III-E Cas7-11 yang dikaitkan dengan caspase seperti protein soya maka dinamakan Craspase atau caspase berpandukan CRISPR ⁵ (Caspases ialah protease sistein yang memainkan peranan penting dalam apoptosis dalam memecahkan struktur selular). Ia mempunyai aplikasi yang berpotensi dalam bidang seperti terapi gen dan diagnostik. Craspase dipandu RNA dan disasarkan RNA dan tidak terlibat dengan urutan DNA. Ia boleh menyasarkan dan memusnahkan mRNA dan protein dikaitkan dengan penyakit genetik yang berbeza dengan lebih tepat tanpa kesan luar sasaran. Oleh itu, penghapusan gen yang berkaitan dengan penyakit adalah mungkin dengan belahan pada tahap mRNA atau protein. Selain itu, apabila dikaitkan dengan enzim tertentu, Craspase juga boleh digunakan untuk mengubah suai fungsi protein. Apabila fungsi RNase dan proteasenya dialih keluar, Craspase menjadi dinyahaktifkan (dCraspase). Ia tidak mempunyai fungsi pemotongan tetapi mengikat dengan urutan RNA dan protein. Oleh itu, dCraspase boleh digunakan dalam diagnostik dan pengimejan untuk memantau dan mendiagnosis penyakit atau virus.  

Craspase ialah sistem CRISPR-Cas pertama yang menunjukkan fungsi penyuntingan protein. Ia juga merupakan sistem pertama yang boleh mengedit kedua-dua RNA dan protein. Ianya gen editing fungsi datang pada kesan luar sasaran yang minimum dan tiada masalah yang boleh diwarisi. Oleh itu, Craspase berkemungkinan lebih selamat dalam penggunaan klinikal dan terapeutik berbanding sistem CRISPR- Cas lain yang tersedia pada masa ini ^4,5.    

Oleh kerana Craspase mengatasi banyak batasan sistem CRISPR-Cas sedia ada, ia berpotensi untuk merevolusikan terapi gen, diagnostik dan pemantauan, penyelidikan bioperubatan dan pembaikan tanaman. Lebih banyak penyelidikan diperlukan untuk membangunkan sistem penyampaian yang boleh dipercayai untuk menyasarkan gen penyebab penyakit dalam sel dengan tepat sebelum membuktikan keselamatan dan keberkesanan dalam ujian klinikal.   

*** 

Rujukan:  

1. Gostimskaya, I. CRISPR–Cas9: Sejarah Penemuannya dan Pertimbangan Etika Penggunaannya dalam Penyuntingan Genom. Biokimia Moscow 87, 777–788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090  

2. Chao Li et al 2022. Alat dan Sumber Pengiraan untuk Penyuntingan Genom CRISPR/Cas. Genomik, Proteomik & Bioinformatik. Tersedia dalam talian pada 24 Mac 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006 

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

4. Chunyi Hu et al 2022. Craspase ialah protease diaktifkan RNA yang dipandu RNA CRISPR. Sains. 25 Ogos 2022. Jld 377, Keluaran 6612. ms 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064  

5. Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase: Sebuah novel CRISPR/Cas editor dwi gen. Genomik Fungsian & Integratif 23, 98 (2023). Diterbitkan: 23 Mac 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0 

***