Craspase: ახალი უფრო უსაფრთხო "CRISPR - Cas System", რომელიც არედაქტირებს როგორც გენებს, ასევე პროტეინებს  

„CRISPR-Cas სისტემები“ ბაქტერიებსა და ვირუსებში იდენტიფიცირებს და ანადგურებს შემოჭრილ ვირუსულ თანმიმდევრობებს. ეს არის ბაქტერიული და არქეალური იმუნური სისტემა ვირუსული ინფექციებისგან დასაცავად. 2012 წელს CRISPR-Cas სისტემა აღიარებულ იქნა, როგორც ა გენომი რედაქტირების ხელსაწყო. მას შემდეგ შემუშავდა CRISPR-Cas სისტემების ფართო სპექტრი და იპოვეს გამოყენება ისეთ სფეროებში, როგორიცაა გენური თერაპია, დიაგნოსტიკა, კვლევა და მოსავლის გაუმჯობესება. თუმცა, ამჟამად ხელმისაწვდომი CRISPR-Cas სისტემებს აქვთ შეზღუდული კლინიკური გამოყენება მიზნობრივი რედაქტირების ხშირი შემთხვევების, დნმ-ის მოულოდნელი მუტაციებისა და მემკვიდრეობითი პრობლემების გამო. მკვლევარებმა ახლახანს განაცხადეს ახალი CRISPR-Cas სისტემის შესახებ, რომელსაც შეუძლია მიზანმიმართული და განადგურება mRNA და ცილები დაკავშირებულია სხვადასხვა გენეტიკურ დაავადებებთან უფრო ზუსტად, მიზანმიმართული ზემოქმედებისა და მემკვიდრეობითი პრობლემების გარეშე. სახელად Craspase, ეს არის პირველი CRISPR-Cas სისტემა, რომელიც აჩვენებს ცილის რედაქტირების ფუნქცია. ის ასევე არის პირველი სისტემა, რომელსაც შეუძლია რნმ-ის და ცილის. იმის გამო, რომ Craspase გადალახავს არსებული CRISPR-Cas სისტემების ბევრ შეზღუდვას, მას აქვს პოტენციალი მოახდინოს რევოლუცია გენური თერაპიის, დიაგნოსტიკისა და მონიტორინგის, ბიოსამედიცინო კვლევებისა და მოსავლის გაუმჯობესებაზე. 

"CRISPR-Cas სისტემა" არის ბაქტერიებისა და არქეების ბუნებრივი იმუნური სისტემა ვირუსული ინფექციების წინააღმდეგ, რომელიც ამოიცნობს, აკავშირებს და ანადგურებს ვირუსის გენის თანმიმდევრობებს დასაცავად. იგი შედგება ორი ნაწილისგან - ბაქტერიული რნმ, რომელიც ტრანსკრიბირებულია ვირუსული გენიდან, რომელიც ჩართულია ბაქტერიულ გენომში პირველი ინფექციის შემდეგ (ე.წ. CRISPR, რომელიც განსაზღვრავს შემოჭრილი ვირუსული გენების სამიზნე თანმიმდევრობებს) და ასოცირებულ გამანადგურებელს. ცილის სახელწოდებით „CRISPR ასოცირებული ცილის (Cas)”, რომელიც აკავშირებს და ანადგურებს იდენტიფიცირებულ თანმიმდევრობებს ვირუსულ გენში, რათა დაიცვას ბაქტერიები ვირუსებისგან.  

CRISPER ნიშნავს "კლასტერული რეგულარულად ინტერვალის მოკლე პალინდრომული გამეორებები". ეს არის ტრანსკრიბირებული ბაქტერიული რნმ, რომელიც ხასიათდება პალინდრომული გამეორებებით.  

პალინდრომული გამეორებები (CRISPRs) პირველად აღმოაჩინეს მიმდევრობით ე coli 1987 წელს. 1995 წელს ფრანსისკო მოჯიკამ დააფიქსირა მსგავსი სტრუქტურები არქეაში და სწორედ მან მოიფიქრა ისინი, როგორც ბაქტერიებისა და არქეების იმუნური სისტემის ნაწილი. 2008 წელს პირველად ექსპერიმენტულად დადასტურდა, რომ ბაქტერიების და არქეების იმუნური სისტემის სამიზნე იყო უცხო დნმ და არა mRNA. ვირუსული თანმიმდევრობების იდენტიფიკაციისა და დეგრადაციის მექანიზმი ვარაუდობს, რომ ასეთი სისტემები შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ინსტრუმენტი გენომის რედაქტირება. 2012 წელს გენომის რედაქტირების ინსტრუმენტად აღიარების დღიდან CRISPR–Cas სისტემამ ძალიან გრძელი გზა გაიარა, როგორც მტკიცედ ჩამოყალიბებული სტანდარტი. გენი მონტაჟი სისტემაში და აღმოაჩინა გამოყენების ფართო სპექტრი ბიომედიცინაში, სოფლის მეურნეობაში, ფარმაცევტულ ინდუსტრიაში, მათ შორის კლინიკურ გენურ თერაპიაში^1,2.  

ფართო სპექტრი CRISPR-Cas სისტემები უკვე იდენტიფიცირებულია და ამჟამად ხელმისაწვდომია დნმ/რნმ თანმიმდევრობების მონიტორინგისა და რედაქტირებისთვის კვლევის, წამლების სკრინინგის, დიაგნოსტიკისა და მკურნალობისთვის. ამჟამინდელი CRISPR/Cas სისტემები იყოფა 2 კლასად (კლასი 1 და 2) და ექვს ტიპად (ტიპი I-დან XI-მდე). 1 კლასის სისტემებს აქვთ მრავალი Cas ცილები რომლებსაც სჭირდებათ ფუნქციონალური კომპლექსის ჩამოყალიბება, რათა შეაერთონ და იმოქმედონ თავიანთ მიზნებზე. მეორეს მხრივ, მე-2 კლასის სისტემებს აქვთ მხოლოდ ერთი დიდი Cas ცილის სამიზნე თანმიმდევრობის შებოჭვისა და დეგრადაციისთვის, რაც აადვილებს მე-2 კლასის სისტემებს გამოყენებას. ჩვეულებრივ გამოყენებული 2 კლასის სისტემებია Cas 9 Type II, Cas13 Type VI და Cas12 Type V. ამ სისტემებს შეიძლება ჰქონდეთ არასასურველი კოლატერალური ეფექტები, მაგალითად, მიზანმიმართული ზემოქმედება და ციტოტოქსიკურობა.^3,5.  

გენური თერაპია ამჟამინდელ CRISPR- Cas-ის სისტემებს აქვთ შეზღუდული კლინიკური გამოყენება მიზნობრივი რედაქტირების ხშირი შემთხვევების, დნმ-ის მოულოდნელი მუტაციების გამო, მათ შორის დიდი დნმ-ის ფრაგმენტების წაშლა და დიდი დნმ-ის სტრუქტურული ვარიანტები როგორც სამიზნე, ისე მიზანმიმართულ ადგილებში, რაც იწვევს უჯრედების სიკვდილს. და სხვა მემკვიდრეობითი პრობლემები.  

კრასპაზა (ან CRISPR-ით მართული კასპაზა)  

მკვლევარებმა ახლახან გამოაცხადეს ახალი CRISPER-Cas სისტემა, რომელიც არის 2 კლასის III-E Cas7-11 სისტემა, რომელიც დაკავშირებულია კასპაზის მსგავსთან. ცილის აქედან დასახელებული კრასპაზა ან CRISPR-ით მართული კასპაზა ⁵ (კასპაზები არის ცისტეინის პროტეაზები, რომლებიც მთავარ როლს თამაშობენ აპოპტოზში, უჯრედული სტრუქტურების დაშლაში). მას აქვს პოტენციური გამოყენება ისეთ სფეროებში, როგორიცაა გენური თერაპია და დიაგნოსტიკა. კრასპაზა არის რნმ-მმართველი და რნმ-ზე დამიზნებული და არ ერთვება დნმ-ის თანმიმდევრობებთან. მას შეუძლია მიზანმიმართული და განადგურება mRNA და ცილები დაკავშირებულია სხვადასხვა გენეტიკურ დაავადებებთან უფრო ზუსტად, მიზნობრივი ზემოქმედების გარეშე. ამრიგად, დაავადებებთან დაკავშირებული გენების ელიმინაცია შესაძლებელია mRNA ან ცილის დონეზე დაშლით. ასევე, როდესაც დაკავშირებულია კონკრეტულ ფერმენტთან, Craspase ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ცილების ფუნქციების შესაცვლელად. როდესაც მისი RNase და პროტეაზას ფუნქციები ამოღებულია, Craspase ხდება დეაქტივირებული (dCraspase). მას არ აქვს ჭრის ფუნქცია, მაგრამ უკავშირდება რნმ-ს და ცილების თანმიმდევრობებს. ამიტომ, dCraspase შეიძლება გამოვიყენოთ დიაგნოსტიკაში და ვიზუალიზაციაში დაავადებებისა და ვირუსების მონიტორინგისა და დიაგნოსტიკისთვის.  

Craspase არის პირველი CRISPR-Cas სისტემა, რომელიც აჩვენებს ცილების რედაქტირების ფუნქციას. ეს არის ასევე პირველი სისტემა, რომელსაც შეუძლია რნმ-ის და ცილის რედაქტირება. მისი გენი მონტაჟი ფუნქციას აქვს მინიმალური მიზანმიმართული ეფექტი და არ არის მემკვიდრეობითი პრობლემები. ამრიგად, Craspase, სავარაუდოდ, უფრო უსაფრთხო იქნება კლინიკურ გამოყენებაში და თერაპიულ საშუალებებში, ვიდრე სხვა ამჟამად ხელმისაწვდომი CRISPR- Cas სისტემები. ^4,5.    

იმის გამო, რომ Craspase გადალახავს არსებული CRISPR-Cas სისტემების ბევრ შეზღუდვას, მას აქვს პოტენციალი მოახდინოს რევოლუცია გენური თერაპიის, დიაგნოსტიკისა და მონიტორინგის, ბიოსამედიცინო კვლევებისა და მოსავლის გაუმჯობესებაზე. საჭიროა მეტი კვლევა, რათა შეიქმნას საიმედო მიწოდების სისტემა, რათა ზუსტად დაამიზნოს დაავადების გამომწვევი გენები უჯრედებში, სანამ დადასტურდება უსაფრთხოება და ეფექტურობა კლინიკურ კვლევებში.   

*** 

წყაროები:  

1. Gostimskaya, I. CRISPR–Cas9: მისი აღმოჩენის ისტორია და მისი გამოყენების ეთიკური მოსაზრებები გენომის რედაქტირებაში. ბიოქიმია მოსკოვი 87, 777–788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090  

2. ჩაო ლი et al 2022. გამოთვლითი ინსტრუმენტები და რესურსები CRISPR/Cas გენომის რედაქტირებისთვის. გენომიკა, პროტეომიკა და ბიოინფორმატიკა. ხელმისაწვდომია ონლაინ 24 წლის 2022 მარტს. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006 

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

4. ჩუნი ჰუ et al 2022. კრასპაზა არის CRISPR რნმ-ით მართული, რნმ-გააქტიურებული პროტეაზა. მეცნიერება. 25 Aug 2022. Vol 377, Issue 6612. გვ. 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064  

5. Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase: რომანი CRISPR/Cas ორმაგი გენის რედაქტორი. Functional & Integrative Genomics 23, 98 (2023). გამოქვეყნებულია: 23 წლის 2023 მარტი. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0 

***