"سیستم های CRISPR-Cas" در باکتری ها و ویروس ها توالی های ویروسی مهاجم را شناسایی و از بین می برند. این سیستم ایمنی باکتریایی و باستانی برای محافظت در برابر عفونت های ویروسی است. در سال 2012، سیستم CRISPR-Cas به عنوان یک سیستم شناخته شد ژنوم ابزار ویرایش از آن زمان، طیف گسترده‌ای از سیستم‌های CRISPR-Cas توسعه یافته‌اند و کاربردهایی در زمینه‌هایی مانند ژن درمانی، تشخیص، تحقیق و بهبود محصول پیدا کرده‌اند. با این حال، سیستم‌های CRISPR-Cas موجود در حال حاضر، به دلیل وقوع مکرر ویرایش خارج از هدف، جهش‌های غیرمنتظره DNA و مشکلات ارثی، استفاده بالینی محدودی دارند. محققان اخیراً یک سیستم جدید CRISPR-Cas را گزارش کرده اند که می تواند mRNA و mRNA را هدف قرار داده و از بین ببرد پروتئین ها با بیماری های ژنتیکی مختلف با دقت بیشتری بدون تاثیرات غیرهدف و مشکلات ارثی مرتبط است. Craspase نام دارد و اولین سیستم CRISPR-Cas است که نشان می دهد پروتئين تابع ویرایش همچنین اولین سیستمی است که می تواند هم RNA و هم را ویرایش کند پروتئين. از آنجا که Craspase بر بسیاری از محدودیت‌های سیستم‌های CRISPR-Cas غلبه می‌کند، پتانسیل ایجاد انقلابی در ژن درمانی، تشخیص و نظارت، تحقیقات زیست‌پزشکی و بهبود محصول را دارد.
"سیستم CRISPR-Cas" سیستم ایمنی طبیعی باکتری ها و باستانی ها در برابر عفونت های ویروسی است که توالی های موجود در ژن ویروسی را برای محافظت شناسایی، متصل و تخریب می کند. این شامل دو بخش است - RNA باکتریایی که از ژن ویروسی گنجانده شده در ژنوم باکتری پس از اولین عفونت رونویسی شده است (به نام CRISPR که توالی های هدف ژن های ویروسی مهاجم را شناسایی می کند) و یک تخریب کننده مرتبط. پروتئين به نام "CRISPR مرتبط". پروتئين (Cas)» که توالی های شناسایی شده در ژن ویروسی را برای محافظت از باکتری در برابر ویروس ها متصل و تجزیه می کند.
کریسپر مخفف عبارت "تکرارهای کوتاه پالیندرومیک خوشه ای به طور منظم در فواصل مختلف". این RNA باکتریایی رونویسی شده است که با تکرارهای پالیندرومیک مشخص می شود.
تکرارهای پالیندرومیک (CRISPRs) برای اولین بار در توالی های کشف شد باکتری E. coli در سال 1987. در سال 1995، فرانسیسکو موژیکا ساختارهای مشابهی را در باستان شناسی مشاهده کرد، و او بود که برای اولین بار به این ساختارها به عنوان بخشی از سیستم ایمنی باکتری ها و باستانی ها فکر کرد. در سال 2008، برای اولین بار به طور تجربی نشان داده شد که هدف سیستم ایمنی باکتری ها و آرکیاها DNA خارجی است و نه mRNA. مکانیسم شناسایی و تخریب توالی های ویروسی نشان می دهد که چنین سیستم هایی می توانند به عنوان ابزاری برای ویرایش ژنوم. از زمانی که سیستم CRISPR–Cas به عنوان یک ابزار ویرایش ژنوم در سال 2012 به رسمیت شناخته شد، به عنوان یک استاندارد ثابت راه بسیار طولانی را پیموده است. ویرایش ژن سیستم و طیف وسیعی از کاربردها را در بیوپزشکی، کشاورزی، صنایع داروسازی از جمله در ژن درمانی بالینی پیدا کرده است.1,2.
طیف گسترده ای از CRISPR-سیستم‌های Cas قبلاً شناسایی شده‌اند و در حال حاضر برای نظارت و ویرایش توالی‌های DNA/RNA برای تحقیق، غربالگری دارو، تشخیص و درمان در دسترس هستند. سیستم های فعلی CRISPR/Cas به 2 کلاس (کلاس 1 و 2) و شش نوع (نوع I تا XI) تقسیم می شوند. سیستم های کلاس 1 دارای چندین Cas هستند پروتئین ها که نیاز به تشکیل یک مجموعه عملکردی برای اتصال و عمل به اهداف خود دارند. از طرف دیگر، سیستم های کلاس 2 تنها یک Cas بزرگ دارند پروتئين برای اتصال و تخریب دنباله های هدف که استفاده از سیستم های کلاس 2 را آسان تر می کند. سیستم‌های کلاس 2 که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، Cas 9 نوع II، Cas13 نوع VI، و Cas12 نوع V هستند. این سیستم‌ها ممکن است اثرات جانبی نامطلوبی داشته باشند، یعنی تأثیر خارج از هدف و سمیت سلولی.3,5.
ژن درمانی بر اساس سیستم‌های CRISPR-Cas کنونی به دلیل وقوع مکرر ویرایش خارج از هدف، جهش‌های غیرمنتظره DNA، از جمله حذف‌های بزرگ قطعه DNA و انواع ساختاری DNA بزرگ در محل‌های هدف و خارج از هدف که منجر به مرگ سلولی می‌شود، استفاده بالینی محدودی دارد. و سایر مشکلات ارثی
کرسپاز (یا کاسپاز هدایت‌شده با CRISPR)
محققان اخیراً یک سیستم جدید CRISPER-Cas را گزارش کرده اند که یک سیستم کلاس 2 نوع III-E Cas7-11 مرتبط با یک سیستم کاسپاز مانند است. پروتئين از این رو به نام Craspase یا کاسپاز هدایت شده با CRISPR 5 (کاسپازها پروتئازهای سیستئینی هستند که نقش کلیدی در آپوپتوز در شکستن ساختارهای سلولی دارند). کاربردهای بالقوه ای در زمینه هایی مانند ژن درمانی و تشخیص دارد. کراسپاز توسط RNA هدایت می شود و هدف RNA است و با توالی های DNA درگیر نمی شود. می تواند mRNA را هدف قرار داده و از بین ببرد پروتئین ها با بیماری های ژنتیکی مختلف با دقت بیشتری بدون تاثیر خارج از هدف مرتبط است. بنابراین، حذف ژن های مرتبط با بیماری ها با برش در سطح mRNA یا پروتئین امکان پذیر است. همچنین، هنگامی که با آنزیم خاصی مرتبط می شود، کرسپاز می تواند برای اصلاح عملکرد پروتئین ها نیز استفاده شود. هنگامی که عملکردهای RNase و پروتئاز آن حذف می شوند، Craspase غیرفعال می شود (dCraspase). عملکرد برشی ندارد اما با RNA و توالی پروتئین متصل می شود. بنابراین، dCraspase را می توان در تشخیص و تصویربرداری برای نظارت و تشخیص بیماری ها یا ویروس ها استفاده کرد.
Craspase اولین سیستم CRISPR-Cas است که عملکرد ویرایش پروتئین را نشان می دهد. همچنین اولین سیستمی است که می تواند هم RNA و هم پروتئین را ویرایش کند. آن ویرایش ژن عملکرد دارای حداقل اثرات خارج از هدف و بدون مشکل ارثی است. بنابراین، Craspase احتمالاً در استفاده بالینی و درمانی ایمن تر از سایر سیستم های CRISPR-Cas موجود است. 4,5.
از آنجایی که Craspase بر بسیاری از محدودیت‌های سیستم‌های CRISPR-Cas غلبه می‌کند، پتانسیل ایجاد انقلابی در ژن درمانی، تشخیص و نظارت، تحقیقات زیست‌پزشکی و بهبود محصول را دارد. تحقیقات بیشتری برای توسعه سیستم تحویل قابل اعتماد برای هدف قرار دادن دقیق ژن های عامل بیماری در سلول ها قبل از اثبات ایمنی و کارایی در آزمایشات بالینی مورد نیاز است.
***
منابع:
- Gostimskaya، I. CRISPR–Cas9: تاریخچه ای از کشف و ملاحظات اخلاقی استفاده از آن در ویرایش ژنوم. بیوشیمی مسکو 87، 777-788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090
- چائو لی و همکاران 2022. ابزارها و منابع محاسباتی برای ویرایش ژنوم CRISPR/Cas. ژنومیکس، پروتئومیکس و بیوانفورماتیک. در دسترس آنلاین از 24 مارس 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006
- van Beljouw, SPB, Sanders, J., Rodríguez-Molina, A. et al. سیستم های CRISPR-Cas هدف گیری RNA Nat Rev Microbiol 21، 21-34 (2023). https://doi.org/10.1038/s41579-022-00793-y
- چونی هو و همکاران 2022. کرسپاز یک پروتئاز فعال شده با RNA هدایت شده با CRISPR است. علوم پایه. 25 Aug 2022. ج 377، ش 6612. ص 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064
- Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase: ویرایشگر ژن دوگانه CRISPR/Cas. ژنومیکس عملکردی و یکپارچه 23، 98 (2023). تاریخ انتشار: 23 مارس 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0
***
