Հեղափոխություն գեների խմբագրման մեջ. CRISPR/Cas տեխնոլոգիայի առաջընթացը կենսաբժշկական կիրառություններում
CRISPR/Cas տեխնոլոգիան, որն սկզբնապես հայտնաբերվել է որպես պրոկարիոտների ադապտիվ իմունային համակարգ՝ ներխուժող նուկլեինաթթուները ճանաչելու և կտրելու համար, վերածվել է կաթնասունների բջիջներում գեների խմբագրման հզոր գործիքի: SpCas9 սպիտակուցը, որը ստացվել է... Ստրեպտոկոկ պիոգենես, առաջին Cas սպիտակուցն է, որը վերաօգտագործվել է գենոմի խմբագրման համար՝ հիմնվելով սինթետիկ ուղեցույց ՌՆԹ-ի (sgRNA) վրա՝ գենոմի ներսում որոշակի նուկլեոտիդային հաջորդականություններ թիրախավորելու համար։
sgRNA-ն ներառում է Cas9-ի կապման համար անհրաժեշտ կառուցվածքային հաջորդականություն և գենոմային թիրախը սահմանող 20 նուկլեոտիդային միջադիր՝ կարգավորելի։ Արդյունավետ կրկնակի շղթայական խզումների (DSB) համար միջադիր հաջորդականությունը պետք է համապատասխանի երկու չափանիշի՝ այն չպետք է լրացուցիչ զույգ կազմի այլ գենոմային ԴՆԹ-ի հետ և պետք է հարակից լինի պրոտոմիջադիր հարակից մոտիվի (PAM) հաջորդականությանը, որը կարևոր է Cas9-ի կապման համար։
Cas9-ի կրկնակի կտրման ակտիվությունը հիմնված է դրա երկու ակտիվ կենտրոնների՝ RuvC-ի և HNH-ի վրա, որոնք թույլ են տալիս ճշգրիտ DSB ձևավորում: Հետազոտողները մշակել են CRISPR/Cas համակարգը օգտագործող բազմաթիվ կիրառություններ, այդ թվում՝
-
Ամբողջական գենոմի նոկաուտի սկրինինգ. Կառուցելով համապարփակ sgRNA գրադարան և կիրառելով ընտրողական ճնշում, հետազոտողները կարող են բացահայտել բջիջների գոյատևման համար անհրաժեշտ գեները տարբեր պայմաններում։
-
Գեների ակտիվացում և ճնշում. Օգտագործելով dCas9-ը, որը չունի նուկլեազային ակտիվություն, հետազոտողները կարող են կարգավորել գեների արտահայտությունը՝ dCas9-ը միացնելով տրանսկրիպցիոն ակտիվատորների կամ ռեպրեսորների հետ, ինչը հնարավորություն է տալիս մանրամասն ուսումնասիրել գեների գործառույթները։
-
Էպիգենետիկ խմբագրում. dCas9-ը կարող է մշակվել ԴՆԹ-ն կամ հիստոնները փոփոխելու համար՝ թույլ տալով թիրախային էպիգենետիկ փոփոխություններ, որոնք կարող են բարձրացնել կամ լռեցնել գեների արտահայտությունը։
-
Քրոմատինի պատկերացում. dCas9-ը ֆլուորեսցենտ սպիտակուցների հետ միաձուլելով՝ գիտնականները կարող են պատկերացնել կենդանի բջիջների գենոմային որոշակի տեղակայումներ՝ ընդլայնելով քրոմատինի դինամիկայի մեր ըմբռնումը։
-
ԴՆԹ/ՌՆԹ կապող սպիտակուցների նույնականացում. CRISPR/Cas-ի և մոտիկության նշագրման տեխնոլոգիաների համադրությունը հնարավորություն է տալիս նույնականացնել գենոմային որոշակի շրջանների հետ փոխազդող սպիտակուցները։
-
Մոլեկուլային էվոլյուցիա. Համակարգը կարող է մուտացիաներ ներմուծել թիրախային ԴՆԹ հաջորդականություններում՝ նպաստելով գեների ֆունկցիայի ուսումնասիրությանը ընտրողական ճնշման տակ։
-
Տրանսպոսոնով միջնորդված ներդրում. Cas սպիտակուցները տրանսպոզազների հետ համատեղելով՝ հետազոտողները կարող են հասնել էկզոգեն ԴՆԹ-ի արդյունավետ ինտեգրմանը գենոմի մեջ։
-
Մեծ բեկորների ջնջումներ՝ CRISPR-Cas3 համակարգը թույլ է տալիս հեռացնել ԴՆԹ-ի մեծ հաջորդականությունները՝ ապահովելով վիրուսային վարակների դեմ նոր թերապևտիկ ուղիներ։
-
Հիշողության պահեստավորում՝ Ինքնաթիրախավորվող gRNA-ները կարող են ստեղծել մշտական մուտացիաներ, որոնք ծառայում են որպես որոշակի իրադարձությունների կենսաբանական մարկերներ՝ հիմք դնելով բջջային արձագանքների առաջադեմ հետևման համար։
-
Վիրուսի հայտնաբերում. CRISPR/Cas համակարգերը հաջողությամբ կիրառվել են վիրուսների, այդ թվում՝ ՄԻԱՎ-ի և SARS-CoV-2-ի արագ հայտնաբերման գործում՝ բարելավելով ախտորոշիչ հնարավորությունները։
-
Գենային թերապիայի նորարարություններ. Առաջին CRISPR/Cas9-ի վրա հիմնված գեների խմբագրման դեղամիջոցի՝ CASGEVY™-ի ներդրումը կարևորագույն նվաճում է մանգաղաձև բջջային անեմիայի (SCD) և փոխներարկումից կախված β-թալասեմիայի (TDT) բուժման գործում: Այս դեղամիջոցը, որը հաստատվել է բազմաթիվ տարածաշրջաններում, ընդգծում է գեների խմբագրման ներուժը՝ թերապևտիկ մոտեցումները վերափոխելու համար:
Քանի որ գեների խմբագրման ոլորտը շարունակում է զարգանալ, CRISPR/Cas տեխնոլոգիայի կիրառությունները արագորեն ընդլայնվում են: Կենսատեխնոլոգիայի և ճշգրիտ բժշկության մեջ կառավարության կողմից զգալի ներդրումների շնորհիվ, տարբեր հիվանդությունների, այդ թվում՝ գենետիկ խանգարումների, քաղցկեղի և այլ հիվանդությունների գեների խմբագրման թերապիաների ոլորտում անընդհատ առաջընթացներ են գրանցվում: Աուտոիմունային հիվանդություններ.