Craspase: מערכת "CRISPR - Cas System" חדשה בטוחה יותר שעורכת גם גנים וגם חלבונים  

"מערכות CRISPR-Cas" בחיידקים ווירוסים מזהות והורסות רצפים ויראליים פולשים. זוהי מערכת חיסון חיידקית וארכיאלית להגנה מפני זיהומים ויראליים. בשנת 2012, מערכת CRISPR-Cas הוכרה כ- הגנום כלי עריכה. מאז, פותחו מגוון רחב של מערכות CRISPR-Cas ומצאו יישומים בתחומים כמו ריפוי גנטי, אבחון, מחקר ושיפור יבול. עם זאת, למערכות CRISPR-Cas הזמינות כיום יש שימוש קליני מוגבל עקב התרחשויות תכופות של עריכה מחוץ למטרה, מוטציות DNA בלתי צפויות ובעיות תורשתיות. חוקרים דיווחו לאחרונה על מערכת CRISPR-Cas חדשה שיכולה למקד ולהרוס mRNA ו חלבונים קשור למחלות גנטיות שונות בצורה מדויקת יותר ללא השפעה מחוץ למטרה ובעיות תורשתיות. בשם Craspase, זוהי מערכת CRISPR-Cas הראשונה שמוצגת חלבון פונקציית עריכה. זוהי גם המערכת הראשונה שיכולה לערוך גם RNA וגם חלבון. מכיוון ש-Craspase מתגבר על מגבלות רבות של מערכות CRISPR-Cas קיימות, יש לו פוטנציאל לחולל מהפכה בטיפול גנטי, אבחון וניטור, מחקר ביו-רפואי ושיפור יבול. 

"מערכת CRISPR-Cas" היא מערכת חיסונית טבעית של חיידקים וארכיאה נגד זיהומים ויראליים המזהה, קושרת ומפרקת את הרצפים בגן הנגיפי להגנה. הוא מורכב משני חלקים - RNA חיידקי המתועתק מהגן הנגיפי המשולב בגנום החיידקי לאחר ההדבקה הראשונה (נקרא CRISPR, זה מזהה את רצפי המטרה של הגנים הוויראליים הפולשים) ומשמיד משויך חלבון נקרא "CRISPR קשור חלבון (Cas)" אשר קושר ומפרק את הרצפים המזוהים בגן הנגיפי כדי להגן על החיידקים מפני וירוסים.  

קריפר מייצג "חזרות פלינדרום קצרות מקובצות באופן קבוע עם מרווחים". זהו RNA חיידקי מתומלל המאופיין בחזרות פלינדרוםיות.  

חזרות פלינדרום (CRISPRs) התגלו לראשונה ברצפים של החיידק בשנת 1987. בשנת 1995, פרנסיסקו מוג'יקה צפה במבנים דומים בארכאיה, והוא זה שחשב לראשונה על אלה כחלק ממערכת החיסון של חיידקים וארכיאה. בשנת 2008, הוכח בניסוי לראשונה שהמטרה של מערכת החיסון של חיידקים וארכיאה הייתה DNA זר ולא mRNA. מנגנון הזיהוי והשפלה של רצפים ויראליים הציע שניתן להשתמש במערכות כאלה ככלי עבור עריכת גנום. מאז ההכרה שלה ככלי לעריכת גנום בשנת 2012, מערכת CRISPR-Cas עברה דרך ארוכה מאוד כסטנדרט מבוסס היטב עריכת גנים מערכת ומצאה מגוון רחב של יישומים בביו-רפואה, חקלאות, תעשיות תרופות כולל בריפוי גנטי קליני^1,2.  

מגוון רחב של CRISPR-מערכות Cas כבר מזוהות וזמינות כיום לניטור ועריכה של רצפי DNA/RNA למחקר, סקר תרופות, אבחון וטיפולים. מערכות CRISPR/Cas הנוכחיות מחולקות ל-2 מחלקות (Class 1 ו-2) ושישה סוגים (Type I עד XI). למערכות Class 1 יש מספר Cas חלבונים שצריכים ליצור קומפלקס פונקציונלי כדי להיקשר ולפעול על המטרות שלהם. מצד שני, למערכות Class 2 יש רק קאס אחד גדול חלבון עבור רצפי יעד מחייבים ומשפילים מה שמקל על השימוש במערכות Class 2. מערכות Class 2 הנפוצות הן Cas 9 Type II, Cas13 Type VI, ו-Cas12 Type V. למערכות אלו עשויות להיות השפעות צדדיות לא רצויות, כלומר, השפעה מחוץ למטרה וציטוטוקסיות^3,5.  

טיפולים גנטיים המבוססות על מערכות CRISPR-Cas הנוכחיות בשימוש קליני מוגבל בגלל התרחשויות תכופות של עריכה מחוץ למטרה, מוטציות DNA בלתי צפויות, כולל מחיקות של קטעי DNA גדולים וגרסאות מבניות גדולות של DNA באתרים על היעד וגם מחוץ למטרה, שמובילות למוות תאי ובעיות תורשתיות אחרות.  

קראספאז (או קספס מונחה CRISPR)  

חוקרים דיווחו לאחרונה על מערכת CRISPER-Cas חדשנית שהיא מערכת Class 2 Type III-E Cas7-11 הקשורה ל-caspase. חלבון מכאן נקראת קראספאז או קספס מונחה CRISPR ⁵ (קספסות הן פרוטאזות ציסטאין הממלאות תפקיד מפתח באפופטוזיס בפירוק מבנים תאיים). יש לו יישומים פוטנציאליים בתחומים כמו ריפוי גנטי ואבחון. קראספאז מונחה RNA וממוקד RNA ואינו מסתבך עם רצפי ה-DNA. זה יכול לכוון ולהרוס mRNA ו חלבונים קשור למחלות גנטיות שונות בצורה מדויקת יותר ללא השפעה מחוץ למטרה. לפיכך, חיסול של גנים הקשורים למחלות אפשרי על ידי ביקוע ברמת mRNA או חלבון. כמו כן, כאשר הוא מקושר עם אנזים ספציפי, Craspase יכול לשמש גם כדי לשנות פונקציות של חלבונים. כאשר פונקציות ה-RNase והפרוטאז שלו מוסרות, Craspase הופך לנטרול (dCraspase). אין לו תפקיד חיתוך אלא נקשר עם רצפי RNA וחלבונים. לכן, ניתן להשתמש ב-dCraspase באבחון והדמיה לניטור ואבחון מחלות או וירוסים.  

Craspase היא מערכת CRISPR-Cas הראשונה המציגה פונקציית עריכת חלבון. זוהי גם המערכת הראשונה שיכולה לערוך גם RNA וגם חלבון. שֶׁלָה עריכת גנים הפונקציה מגיעה בהשפעות מינימליות מחוץ למטרה וללא בעיות תורשתיות. מכאן ש- Craspase צפוי להיות בטוח יותר בשימוש קליני ובטיפולים מאשר מערכות CRISPR-Cas אחרות הזמינות כיום ^4,5.    

מכיוון ש-Craspase מתגבר על מגבלות רבות של מערכות CRISPR-Cas קיימות, יש לו פוטנציאל לחולל מהפכה בטיפול גנטי, אבחון וניטור, מחקר ביו-רפואי ושיפור יבול. יש צורך במחקר נוסף כדי לפתח מערכת אספקה ​​אמינה כדי למקד במדויק את הגנים הגורמים למחלות בתאים לפני הוכחת בטיחות ויעילות בניסויים קליניים.   

*** 

הפניות:  

1. Gostimskaya, I. CRISPR–Cas9: היסטוריה של גילויו ושיקולים אתיים של השימוש בו בעריכת הגנום. Biochemistry Moscow 87, 777–788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090  

2. צ'או לי ואח' 2022. כלים ומשאבים חישוביים לעריכת גנום CRISPR/Cas. גנומיקה, פרוטאומיקה וביואינפורמטיקה. זמין באינטרנט ב-24 במרץ 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006 

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

4. צ'וניי הו ואח' 2022. קראספאז הוא פרוטאז מונחה RNA של CRISPR, מופעל על ידי RNA. מַדָע. 25 באוגוסט 2022. כרך 377, גיליון 6612. עמ' 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064  

5. Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase: עורך גנים כפולים של CRISPR/Cas. Functional & Integrative Genomics 23, 98 (2023). פורסם: 23 במרץ 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0 

***