«CRISPR-Cas համակարգերը» բակտերիաների և վիրուսների մեջ նույնացնում և ոչնչացնում են ներխուժող վիրուսային հաջորդականությունները: Այն բակտերիալ և արխեալ իմունային համակարգ է վիրուսային վարակներից պաշտպանվելու համար: 2012 թվականին CRISPR-Cas համակարգը ճանաչվել է որպես ա գենոմը խմբագրման գործիք: Այդ ժամանակից ի վեր CRISPR-Cas համակարգերի լայն շրջանակ մշակվել է և կիրառելի է գտել այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են գենային թերապիան, ախտորոշումը, հետազոտությունը և մշակաբույսերի բարելավումը: Այնուամենայնիվ, ներկայումս հասանելի CRISPR-Cas համակարգերը սահմանափակ կլինիկական կիրառություն ունեն՝ կապված ոչ նպատակային խմբագրման հաճախակի դեպքերի, ԴՆԹ-ի անսպասելի մուտացիաների և ժառանգական խնդիրների պատճառով: Հետազոտողները վերջերս հայտնել են նոր CRISPR-Cas համակարգի մասին, որը կարող է թիրախավորել և ոչնչացնել mRNA և սպիտակուցներ կապված տարբեր գենետիկական հիվանդությունների հետ ավելի ճշգրիտ՝ առանց թիրախային ազդեցության և ժառանգական խնդիրների: Craspase անունով, այն առաջին CRISPR-Cas համակարգն է, որը ցույց է տալիս Սպիտակուցներ խմբագրման գործառույթ: Սա նաև առաջին համակարգն է, որը կարող է խմբագրել ինչպես ՌՆԹ, այնպես էլ Սպիտակուցներ. Քանի որ Craspase-ը հաղթահարում է գոյություն ունեցող CRISPR-Cas համակարգերի բազմաթիվ սահմանափակումներ, այն ունի գենային թերապիայի, ախտորոշման և մոնիտորինգի, կենսաբժշկական հետազոտությունների և մշակաբույսերի բարելավման հեղափոխության ներուժ:
«CRISPR-Cas համակարգը» բակտերիաների և արխեայի բնական իմունային համակարգ է վիրուսային վարակների դեմ, որը նույնականացնում, կապում և քայքայում է վիրուսային գենի հաջորդականությունները՝ պաշտպանելու համար: Այն բաղկացած է երկու մասից՝ բակտերիալ ՌՆԹ-ից, որը տառադարձվել է վիրուսային գենից, որը ներառված է բակտերիալ գենոմում առաջին վարակվելուց հետո (որը կոչվում է CRISPR, որը նույնականացնում է ներխուժող վիրուսային գեների թիրախային հաջորդականությունները) և հարակից կործանիչ։ Սպիտակուցներ կոչվում է «CRISPR ասոցացված Սպիտակուցներ (Cas)», որը կապում և քայքայում է վիրուսային գենի հայտնաբերված հաջորդականությունները՝ բակտերիաները վիրուսներից պաշտպանելու համար:
CRISPER նշանակում է «կլաստերային կանոնավոր միջտարածված կարճ պալինդրոմային կրկնություններ»: Այն արտագրված բակտերիալ ՌՆԹ է, որը բնութագրվում է պալինդրոմային կրկնություններով:
Պալինդրոմային կրկնությունները (CRISPRs) առաջին անգամ հայտնաբերվել են հաջորդականությամբ E. coli 1987 թվականին: 1995 թվականին Ֆրանցիսկո Մոխիկան նկատեց նմանատիպ կառուցվածքներ արխեայում, և հենց նա առաջին անգամ մտածեց դրանք որպես բակտերիաների և արխեաների իմունային համակարգի մի մաս: 2008 թվականին առաջին անգամ փորձնականորեն ապացուցվեց, որ բակտերիաների և արխեաների իմունային համակարգի թիրախը օտար ԴՆԹ-ն է, այլ ոչ թե mRNA: Վիրուսային հաջորդականությունների նույնականացման և քայքայման մեխանիզմը հուշում է, որ նման համակարգերը կարող են օգտագործվել որպես գործիք գենոմի խմբագրում. 2012 թվականին որպես գենոմի խմբագրման գործիք ճանաչվելուց ի վեր, CRISPR–Cas համակարգը շատ երկար ճանապարհ է անցել՝ որպես ամուր հաստատված ստանդարտ։ գեների խմբագրում համակարգ և գտել է կիրառությունների լայն շրջանակ կենսաբժշկության, գյուղատնտեսության, դեղագործական արդյունաբերության մեջ, ներառյալ կլինիկական գենային թերապիան1,2.
Տարածաշրջանի լայն շրջանակ CRISPR-Cas համակարգերն արդեն բացահայտված են և ներկայումս հասանելի են ԴՆԹ/ՌՆԹ-ի հաջորդականությունների մոնիտորինգի և խմբագրման համար հետազոտության, դեղերի զննման, ախտորոշման և բուժման համար: Ներկայիս CRISPR/Cas համակարգերը բաժանված են 2 դասի (դաս 1 և 2) և վեց տեսակի (I-ից մինչև XI): 1-ին դասի համակարգերն ունեն բազմաթիվ Cas սպիտակուցներ որոնք պետք է ձևավորեն ֆունկցիոնալ համալիր՝ իրենց թիրախները կապելու և գործելու համար։ Մյուս կողմից, 2-րդ դասի համակարգերն ունեն միայն մեկ մեծ Cas Սպիտակուցներ թիրախային հաջորդականությունները կապելու և նսեմացնելու համար, ինչը հեշտացնում է 2-րդ դասի համակարգերի օգտագործումը: Սովորաբար օգտագործվող 2-րդ դասի համակարգերն են Cas 9 Type II, Cas13 Type VI և Cas12 Type V: Այս համակարգերը կարող են ունենալ անցանկալի կողմնակի ազդեցություններ, օրինակ՝ թիրախից դուրս ազդեցություն և ցիտոտոքսիկություն:3,5.
Գենային թերապիա Ներկայիս CRISPR- Cas համակարգերը սահմանափակ կլինիկական կիրառություն ունեն, քանի որ հաճախակի են լինում ոչ նպատակային խմբագրումներ, ԴՆԹ-ի անսպասելի մուտացիաներ, ներառյալ ԴՆԹ-ի մեծ բեկորների ջնջումները և ԴՆԹ-ի կառուցվածքային մեծ տարբերակները թե՛ թիրախային, թե՛ թիրախային վայրերում, ինչը հանգեցնում է բջիջների մահվան: և այլ ժառանգական խնդիրներ:
Կրասպազ (կամ CRISPR-ով առաջնորդվող կասպազա)
Վերջերս հետազոտողները զեկուցել են նոր CRISPER-Cas համակարգի մասին, որը 2-րդ դասի III-E Cas7-11 համակարգ է, որը կապված է կասպազի նման: Սպիտակուցներ այստեղից էլ անվանվել է Craspase կամ CRISPR-ով առաջնորդվող կասպազ 5 (Կասպազները ցիստեին պրոթեզեր են, որոնք առանցքային դեր են խաղում ապոպտոզի մեջ՝ բջջային կառուցվածքների քայքայման գործում): Այն ունի պոտենցիալ կիրառություն այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են գենային թերապիան և ախտորոշումը: Craspase-ն ուղղորդվում է ՌՆԹ-ով և ուղղված է ՌՆԹ-ին և չի առնչվում ԴՆԹ-ի հաջորդականություններին: Այն կարող է թիրախավորել և ոչնչացնել mRNA և սպիտակուցներ կապված տարբեր գենետիկական հիվանդությունների հետ ավելի ճշգրիտ՝ առանց թիրախային ազդեցության: Այսպիսով, հիվանդությունների հետ կապված գեների վերացումը հնարավոր է ճեղքման միջոցով mRNA կամ սպիտակուցի մակարդակով: Բացի այդ, երբ կապված է հատուկ ֆերմենտի հետ, Craspase-ը կարող է օգտագործվել նաև սպիտակուցների գործառույթները փոփոխելու համար: Երբ նրա RNase և protease ֆունկցիաները հանվում են, Craspase-ն ապաակտիվանում է (dCraspase): Այն չունի կտրող ֆունկցիա, բայց կապվում է ՌՆԹ-ի և սպիտակուցի հաջորդականությունների հետ: Հետևաբար, dCraspase-ը կարող է օգտագործվել ախտորոշման և պատկերման մեջ՝ հիվանդությունների կամ վիրուսների մոնիտորինգի և ախտորոշման համար:
Craspase-ն առաջին CRISPR-Cas համակարգն է, որը ցույց է տալիս սպիտակուցների խմբագրման գործառույթը: Սա նաև առաջին համակարգն է, որը կարող է խմբագրել ինչպես ՌՆԹ-ն, այնպես էլ սպիտակուցը: Դրան գեների խմբագրում ֆունկցիան ունենում է նվազագույն նպատակային ազդեցություն և ոչ մի ժառանգական խնդիր: Հետևաբար, Craspase-ը, ամենայն հավանականությամբ, կլինի ավելի անվտանգ կլինիկական օգտագործման և թերապևտիկ միջոցների մեջ, քան ներկայումս առկա CRISPR- Cas համակարգերը: 4,5.
Քանի որ Craspase-ը հաղթահարում է գոյություն ունեցող CRISPR-Cas համակարգերի բազմաթիվ սահմանափակումներ, այն ունի գենային թերապիայի, ախտորոշման և մոնիտորինգի, կենսաբժշկական հետազոտությունների և մշակաբույսերի բարելավման հեղափոխության ներուժ: Ավելի շատ հետազոտություններ են անհրաժեշտ՝ զարգացնելու հուսալի առաքման համակարգ՝ բջիջներում հիվանդություն առաջացնող գեներին ճշգրիտ թիրախավորելու համար՝ նախքան կլինիկական փորձարկումներում անվտանգությունն ու արդյունավետությունն ապացուցելը:
***
Հիշատակում:
- Գոստիմսկայա, I. CRISPR–Cas9. Դրա հայտնաբերման պատմությունը և գենոմի խմբագրման մեջ դրա օգտագործման էթիկական նկատառումները: Կենսաքիմիա Մոսկվա 87, 777–788 (2022): https://doi.org/10.1134/S0006297922080090
- Չաո Լի et al 2022. Հաշվարկային գործիքներ և ռեսուրսներ CRISPR/Cas գենոմի խմբագրման համար: Genomics, Proteomics & Bioinformatics. Հասանելի է առցանց 24 թվականի մարտի 2022-ին: DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006
- van Beljouw, SPB, Sanders, J., Rodríguez-Molina, A. et al. ՌՆԹ ուղղված CRISPR–Cas համակարգեր. Nat Rev Microbiol 21, 21–34 (2023): https://doi.org/10.1038/s41579-022-00793-y
- Չունի Հու et al 2022. Craspase-ը CRISPR ՌՆԹ-ով առաջնորդվող, ՌՆԹ-ակտիվացված պրոտեազ է: Գիտություն. 25 Aug 2022. Vol 377, Issue 6612. էջ 1278-1285: DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064
- Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase. A novel CRISPR/Cas dual gene editor. Functional & Integrative Genomics 23, 98 (2023): Հրատարակված՝ 23 մարտի 2023թ. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0
***
