Рэвалюцыя ў рэдагаванні генаў: дасягненні ў тэхналогіі CRISPR/Cas у біямедыцынскіх ужываннях

Тэхналогія CRISPR/Cas, першапачаткова адкрытая як адаптыўная імунная сістэма ў пракарыётаў для распазнавання і зразання нуклеінавых кіслот, якія ўварваліся, ператварылася ў магутны інструмент для рэдагавання генаў у клетках млекакормячых. Бялок SpCas9, атрыманы з Стрэптакок піягенес, — гэта першы Cas-бялок, перапрафіляваны для рэдагавання геному, які абапіраецца на сінтэтычную накіроўвальную РНК (sgRNA) для нацэльвання на пэўныя нуклеатыдныя паслядоўнасці ў геноме.

sgRNA складаецца з каркаснай паслядоўнасці, неабходнай для звязвання Cas9, і наладжвальнага 20-нуклеатыднага спейсера, які вызначае геномную мішэнь. Для эфектыўных двухланцуговых разрываў (DSB) паслядоўнасць спейсера павінна адпавядаць двум крытэрыям: яна не павінна камплементарна спалучацца з іншай геномнай ДНК і павінна прылягаць да паслядоўнасці пратаспейсернага сумежнага матыву (PAM), якая неабходная для звязвання Cas9.

Двайная рэжучая актыўнасць Cas9 абапіраецца на яго два актыўныя цэнтры, RuvC і HNH, што дазваляе дакладна фармаваць двухслаёвыя разрывы. Даследчыкі распрацавалі шэраг прыкладанняў, якія выкарыстоўваюць сістэму CRISPR/Cas, у тым ліку:

1. Скрынінг накаўту ўсяго геному: Ствараючы поўную бібліятэку sgRNA і ўжываючы селектыўны ціск, даследчыкі могуць ідэнтыфікаваць гены, неабходныя для выжывання клетак у розных умовах.

2. Актывацыя і рэпрэсія генаў: Выкарыстоўваючы dCas9, які не валодае нуклеазнай актыўнасцю, даследчыкі могуць рэгуляваць экспрэсію генаў шляхам зліцця dCas9 з транскрыпцыйнымі актыватарамі або рэпрэсарамі, што дазваляе дэталёва даследаваць функцыі генаў.

3. Эпігенетычнае рэдагаванне: dCas9 можна распрацаваць для мадыфікацыі ДНК або гістонаў, што дазваляе мэтанакіравана ўносіць эпігенетычныя змены, якія могуць павялічваць або заглушаць экспрэсію генаў.

4. Візуалізацыя храмаціну: Зліваючы dCas9 з флуарэсцэнтнымі бялкамі, навукоўцы могуць візуалізаваць пэўныя геномныя лакалізацыі ў жывых клетках, паляпшаючы наша разуменне дынамікі храматыну.

5. Ідэнтыфікацыя бялкоў, якія звязваюць ДНК/РНК: Спалучэнне CRISPR/Cas з тэхналогіямі блізкага маркіравання дазваляе ідэнтыфікаваць бялкі, якія ўзаемадзейнічаюць са спецыфічнымі геномнымі ўчасткамі.

6. Малекулярная эвалюцыя: Сістэма можа ўводзіць мутацыі ў мэтавыя паслядоўнасці ДНК, што спрашчае вывучэнне функцый генаў пад селектыўным ціскам.

7. Устаўка, апасродкаваная транспазонамі: Спалучаючы Cas-бялкі з транспазазамі, даследчыкі могуць дасягнуць эфектыўнай інтэграцыі экзагеннай ДНК у геном.

8. Выдаленне вялікіх фрагментаў: Сістэма CRISPR-Cas3 дазваляе выдаляць вялікія паслядоўнасці ДНК, адкрываючы новыя тэрапеўтычныя магчымасці для вірусных інфекцый.

9. Памяць: Саманацэленыя гРНК могуць ствараць пастаянныя мутацыі, якія служаць біялагічнымі маркерамі для пэўных падзей, адкрываючы шлях для паглыбленага адсочвання клеткавых рэакцый.

10. Выяўленне вірусаў: Сістэмы CRISPR/Cas паспяхова выкарыстоўваюцца для хуткага выяўлення вірусаў, у тым ліку ВІЧ і SARS-CoV-2, паляпшаючы дыягнастычныя магчымасці.

11. Інавацыі ў геннай тэрапіі: Увядзенне першага прэпарата для рэдагавання генаў на аснове CRISPR/Cas9, CASFEVY™, з'яўляецца значнай вяхой у лячэнні серпападобна-клеткавай анеміі (SCD) і трансфузійна-залежнай β-таласеміі (TDT). Гэты прэпарат, зацверджаны ў некалькіх рэгіёнах, падкрэслівае патэнцыял рэдагавання генаў для трансфармацыі тэрапеўтычных падыходаў.

Па меры развіцця галіны рэдагавання генаў, прымяненне тэхналогіі CRISPR/Cas імкліва пашыраецца. Дзякуючы значным дзяржаўным інвестыцыям у біятэхналогіі і дакладную медыцыну, адбываюцца пастаянныя прарывы ​​ў тэрапіі рэдагавання генаў для розных захворванняў, у тым ліку генетычных расстройстваў, раку і Аўтаімунныя захворванні.