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Craspase: un nuovo "CRISPR - Cas System" più sicuro che modifica sia i geni che le proteine  

I "sistemi CRISPR-Cas" nei batteri e nei virus identificano e distruggono le sequenze virali invasive. È un sistema immunitario batterico e arcaico per la protezione contro le infezioni virali. Nel 2012, il sistema CRISPR-Cas è stato riconosciuto come strumento di modifica del genoma. Da allora, è stata sviluppata un'ampia gamma di sistemi CRISPR-Cas che hanno trovato applicazioni in settori quali la terapia genica, la diagnostica, la ricerca e il miglioramento delle colture. Tuttavia, i sistemi CRISPR-Cas attualmente disponibili hanno un uso clinico limitato a causa di frequenti occorrenze di editing fuori bersaglio, mutazioni impreviste del DNA e problemi ereditabili. I ricercatori hanno recentemente segnalato un nuovo sistema CRISPR-Cas che può mirare e distruggere l'mRNA e le proteine ​​associate a diverse malattie genetiche in modo più accurato senza impatto fuori bersaglio e problemi ereditabili. Chiamato Craspase, è il primo sistema CRISPR-Cas che mostra la funzione di modifica delle proteine. È anche il primo sistema in grado di modificare sia l'RNA che le proteine. Poiché Craspase supera molti limiti dei sistemi CRISPR-Cas esistenti, ha il potenziale per rivoluzionare la terapia genica, la diagnostica e il monitoraggio, la ricerca biomedica e il miglioramento delle colture. 

Il "sistema CRISPR-Cas" è un sistema immunitario naturale di batteri e archaea contro le infezioni virali che identifica, lega e degrada le sequenze del gene virale da proteggere. Consiste di due parti: l'RNA batterico trascritto dal gene virale incorporato nel genoma batterico dopo la prima infezione (chiamato CRISPR, che identifica le sequenze bersaglio dei geni virali invasori) e una proteina distruttrice associata chiamata "proteina associata a CRISPR (Cas)" che lega e degrada le sequenze identificate nel gene virale per proteggere i batteri dai virus.  

CRISPER sta per "brevi ripetizioni palindromiche raggruppate regolarmente interspaziate". È trascritto RNA batterico caratterizzato da ripetizioni palindromiche.  

Le ripetizioni palindromiche (CRISPR) furono scoperte per la prima volta nelle sequenze di E. coli nel 1987. Nel 1995, Francisco Mojica osservò strutture simili negli archaea, e fu lui a pensarle per la prima volta come parte del sistema immunitario di batteri e archaea. Nel 2008 è stato dimostrato sperimentalmente per la prima volta che il bersaglio del sistema immunitario di batteri e archeobatteri era il DNA estraneo e non l'mRNA. Il meccanismo di identificazione e degradazione delle sequenze virali ha suggerito che tali sistemi potrebbero essere utilizzati come strumento per l'editing del genoma. Dal suo riconoscimento come strumento di editing del genoma nel 2012, il sistema CRISPR-Cas ha fatto molta strada come sistema di editing genetico standard consolidato e ha trovato un'ampia gamma di applicazioni in biomedicina, agricoltura, industrie farmaceutiche, inclusa la terapia genica clinica1,2.  

Un'ampia gamma di sistemi CRISPR-Cas è già stata identificata e attualmente disponibile per il monitoraggio e la modifica delle sequenze di DNA/RNA per la ricerca, lo screening dei farmaci, la diagnostica e le cure. Gli attuali sistemi CRISPR/Cas sono divisi in 2 classi (Classe 1 e 2) e sei tipi (Tipo da I a XI). I sistemi di classe 1 hanno più proteine ​​​​Cas che devono formare un complesso funzionale per legarsi e agire sui loro bersagli. D'altra parte, i sistemi di Classe 2 hanno solo una grande proteina Cas per legare e degradare le sequenze bersaglio, il che rende i sistemi di Classe 2 più facili da usare. I sistemi di Classe 2 comunemente usati sono Cas 9 Tipo II, Cas13 Tipo VI e Cas12 Tipo V. Questi sistemi possono avere effetti collaterali indesiderati, ad esempio impatto fuori bersaglio e citotossicità3,5.  

Le terapie geniche basate sugli attuali sistemi CRISPR-Cas hanno un uso clinico limitato a causa delle frequenti occorrenze di editing fuori bersaglio, mutazioni impreviste del DNA, comprese grandi delezioni di frammenti di DNA e grandi varianti strutturali del DNA sia nei siti bersaglio che fuori bersaglio che portano a morte cellulare e altri problemi ereditari.  

Craspasi (o caspasi guidata da CRISPR)  

I ricercatori hanno recentemente segnalato un nuovo sistema CRISPER-Cas che è un sistema Cas2-7 di tipo III-E di classe 11 associato a una proteina simile alla caspasi da cui prende il nome Craspase o caspasi guidata da CRISPR 5 (Le caspasi sono proteasi della cisteina che svolgono un ruolo chiave nell'apoptosi nella scomposizione delle strutture cellulari). Ha potenziali applicazioni in aree come la terapia genica e la diagnostica. La craspasi è guidata dall'RNA e mirata all'RNA e non viene coinvolta nelle sequenze del DNA. Può mirare e distruggere mRNA e proteine ​​associate a diverse malattie genetiche in modo più accurato senza impatto fuori bersaglio. Pertanto, l'eliminazione dei geni associati alle malattie è possibile mediante scissione a livello di mRNA o di proteine. Inoltre, se collegato a un enzima specifico, Craspase può essere utilizzato anche per modificare le funzioni delle proteine. Quando le sue funzioni RNase e proteasi vengono rimosse, Craspase viene disattivato (dCraspase). Non ha funzione di taglio ma si lega alle sequenze di RNA e proteine. Pertanto, dCraspase può essere utilizzato nella diagnostica e nell'imaging per monitorare e diagnosticare malattie o virus.  

Craspase è il primo sistema CRISPR-Cas che mostra la funzione di modifica delle proteine. È anche il primo sistema in grado di modificare sia l'RNA che le proteine. La sua funzione di editing genetico ha effetti fuori bersaglio minimi e nessun problema ereditario. Pertanto, è probabile che Craspase sia più sicuro nell'uso clinico e terapeutico rispetto ad altri sistemi CRISPR-Cas attualmente disponibili 4,5.    

Poiché Craspase supera molti limiti dei sistemi CRISPR-Cas esistenti, ha il potenziale per rivoluzionare la terapia genica, la diagnostica e il monitoraggio, la ricerca biomedica e il miglioramento delle colture. Sono necessarie ulteriori ricerche per sviluppare un sistema di consegna affidabile per colpire con precisione i geni che causano malattie nelle cellule prima di dimostrare la sicurezza e l'efficacia negli studi clinici.   

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Riferimenti:  

  1. Gostimskaya, I. CRISPR-Cas9: una storia della sua scoperta e considerazioni etiche sul suo utilizzo nell'editing del genoma. Biochimica Mosca 87, 777–788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090  
  1. ChaoLi et al 2022. Strumenti e risorse computazionali per l'editing del genoma CRISPR/Cas. Genomica, proteomica e bioinformatica. Disponibile online dal 24 marzo 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006 
  1. van Beljouw, SPB, Sanders, J., Rodríguez-Molina, A. et al. Sistemi CRISPR-Cas mirati all'RNA. Nat Rev Microbiol 21, 21–34 (2023). https://doi.org/10.1038/s41579-022-00793-y 
  1. Chunyi Hu et al 2022. Craspase è una proteasi CRISPR RNA-guidata, RNA-attivata. Scienza. 25 agosto 2022. Vol 377, Numero 6612. pp. 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064  
  1. Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase: un nuovo editor di doppio gene CRISPR/Cas. Genomica funzionale e integrativa 23, 98 (2023). Pubblicato: 23 marzo 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0 

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Umesh Prasad
Umesh Prasad
Giornalista scientifico | Editore fondatore della rivista scientifica europea

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