انقلابی در ویرایش ژن: پیشرفتها در فناوری CRISPR/Cas در کاربردهای زیستپزشکی
فناوری CRISPR/Cas که در ابتدا به عنوان یک سیستم ایمنی تطبیقی در پروکاریوتها برای شناسایی و برش اسیدهای نوکلئیک مهاجم کشف شد، به ابزاری قدرتمند برای ویرایش ژن در سلولهای پستانداران تبدیل شده است. پروتئین SpCas9 که از ... مشتق شده است استرپتوکوک پیوژنز، اولین پروتئین Cas است که برای ویرایش ژنوم تغییر کاربری داده شده است و با تکیه بر RNA راهنمای مصنوعی (sgRNA) توالیهای نوکلئوتیدی خاصی را در ژنوم هدف قرار میدهد.
sgRNA شامل یک توالی داربستی لازم برای اتصال Cas9 و یک فاصلهدهنده 20 نوکلئوتیدی قابل تنظیم است که هدف ژنومی را تعریف میکند. برای شکستهای دو رشتهای مؤثر (DSB)، توالی فاصلهدهنده باید دو معیار را داشته باشد: نباید به طور مکمل با سایر DNA ژنومی جفت شود و باید در مجاورت یک توالی موتیف مجاور پروتوسپاسر (PAM) باشد که برای اتصال Cas9 ضروری است.
فعالیت برش دوگانه Cas9 به دو جایگاه فعال آن، RuvC و HNH، متکی است که امکان تشکیل دقیق DSB را فراهم میکند. محققان کاربردهای متنوعی را با استفاده از سیستم CRISPR/Cas توسعه دادهاند، از جمله:
-
غربالگری حذف کل ژنوم: با ساخت یک کتابخانه جامع sgRNA و اعمال فشار انتخابی، محققان میتوانند ژنهای ضروری برای بقای سلول در شرایط مختلف را شناسایی کنند.
-
فعالسازی و سرکوب ژن: با استفاده از dCas9 که فاقد فعالیت نوکلئازی است، محققان میتوانند بیان ژن را با ترکیب dCas9 با فعالکنندهها یا سرکوبکنندههای رونویسی تنظیم کنند و امکان بررسی دقیق عملکردهای ژن را فراهم کنند.
-
ویرایش اپیژنتیک: dCas9 میتواند برای اصلاح DNA یا هیستونها مهندسی شود و امکان تغییرات اپیژنتیکی هدفمند را فراهم کند که میتوانند بیان ژن را افزایش یا خاموش کنند.
-
تصویربرداری کروماتین: با ترکیب dCas9 با پروتئینهای فلورسنت، دانشمندان میتوانند مکانهای ژنومی خاص را در سلولهای زنده تجسم کنند و درک ما را از دینامیک کروماتین افزایش دهند.
-
شناسایی پروتئینهای متصل شونده به DNA/RNA: ترکیب CRISPR/Cas با فناوریهای برچسبگذاری مجاورتی، شناسایی پروتئینهایی را که با نواحی ژنومی خاص در تعامل هستند، امکانپذیر میسازد.
-
تکامل مولکولی: این سیستم میتواند جهشهایی را در توالیهای DNA هدف ایجاد کند و مطالعه عملکرد ژن را تحت فشار انتخابی تسهیل کند.
-
درج با واسطه ترانسپوزون: با ترکیب پروتئینهای Cas با ترانسپوزازها، محققان میتوانند به ادغام کارآمد DNA خارجی در ژنوم دست یابند.
-
حذف قطعات بزرگ: سیستم CRISPR-Cas3 امکان حذف توالیهای بزرگ DNA را فراهم میکند و راههای درمانی جدیدی را برای عفونتهای ویروسی فراهم میکند.
-
حافظه ذخیره سازی: gRNA های خودهدفمند میتوانند جهشهای دائمی ایجاد کنند که به عنوان نشانگرهای بیولوژیکی برای رویدادهای خاص عمل میکنند و راه را برای ردیابی پیشرفته پاسخهای سلولی هموار میکنند.
-
تشخیص ویروس: سیستمهای CRISPR/Cas با موفقیت در تشخیص سریع ویروسها، از جمله HIV و SARS-CoV-2، به کار گرفته شدهاند و قابلیتهای تشخیصی را افزایش دادهاند.
-
نوآوریهای ژن درمانی: معرفی اولین داروی ویرایش ژن مبتنی بر CRISPR/Cas9، CASGEVY™، نقطه عطفی مهم در درمان بیماری کمخونی داسیشکل (SCD) و بتا تالاسمی وابسته به تزریق خون (TDT) است. این دارو که در چندین منطقه تأیید شده است، پتانسیل ویرایش ژن را برای تغییر رویکردهای درمانی برجسته میکند.
با پیشرفت روزافزون حوزه ویرایش ژن، کاربردهای فناوری CRISPR/Cas به سرعت در حال گسترش است. با سرمایهگذاری قابل توجه دولت در بیوتکنولوژی و پزشکی دقیق، پیشرفتهای مداومی در درمانهای ویرایش ژن برای بیماریهای مختلف، از جمله اختلالات ژنتیکی، سرطانها و... بیماریهای خودایمنی.