Craspase: نظام جديد أكثر أمانًا "CRISPR - Cas System" يقوم بتعديل كل من الجينات والبروتينات  

تُستخدم أنظمة "كريسبر-كاس" في البكتيريا والفيروسات لتحديد وتدمير التسلسلات الفيروسية الغازية. وهي بمثابة نظام مناعي بكتيري وأثري للحماية من العدوى الفيروسية. في عام 2012، اعتُرف بنظام كريسبر-كاس كأداة لتحرير الجينوم . ومنذ ذلك الحين، طُوّرت مجموعة واسعة من أنظمة كريسبر-كاس، ووُجدت لها تطبيقات في مجالات مثل العلاج الجيني، والتشخيص، والبحث العلمي، وتحسين المحاصيل. مع ذلك، فإن أنظمة كريسبر-كاس المتاحة حاليًا محدودة الاستخدام السريري نظرًا لتكرار حدوث التحرير خارج الهدف، والطفرات غير المتوقعة في الحمض النووي، والمشاكل الوراثية. وقد أبلغ باحثون مؤخرًا عن نظام كريسبر-كاس جديد قادر على استهداف وتدمير الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) والبروتينات المرتبطة بأمراض وراثية مختلفة بدقة أكبر، دون تأثيرات خارج الهدف أو مشاكل وراثية. يُطلق على هذا النظام اسم "كراسبيز"، وهو أول نظام كريسبر-كاس يُظهر وظيفة تحرير البروتين ، كما أنه أول نظام قادر على تحرير كل من الحمض النووي الريبوزي والبروتين . لأن نظام Craspase يتغلب على العديد من القيود التي تواجه أنظمة CRISPR-Cas الحالية، فإنه يمتلك القدرة على إحداث ثورة في العلاج الجيني والتشخيص والمراقبة والبحوث الطبية الحيوية وتحسين المحاصيل.

يُعدّ نظام "كريسبر-كاس" نظام مناعة طبيعيًا للبكتيريا والعتائق ضد العدوى الفيروسية، حيث يقوم بتحديد التسلسلات الموجودة في الجين الفيروسي، والارتباط بها، وتفكيكها لحماية البكتيريا. ويتكون هذا النظام من جزأين: الحمض النووي الريبوزي البكتيري (RNA) المُستنسخ من الجين الفيروسي والمُدمج في الجينوم البكتيري بعد الإصابة الأولى (ويُسمى كريسبر، وهو المسؤول عن تحديد التسلسلات المستهدفة للجينات الفيروسية الغازية)، وبروتين مُدمّر مُرتبط به يُسمى " بروتين كريسبر المرتبط (كاس)"، والذي يرتبط بالتسلسلات المُحددة في الجين الفيروسي ويُفككها لحماية البكتيريا من الفيروسات.

يشير اختصار CRISPER إلى "التكرارات المتناظرة القصيرة المتجمعة بانتظام". وهو عبارة عن حمض نووي ريبوزي بكتيري مُستنسخ يتميز بتكرارات متناظرة.

اكتُشفت التكرارات المتناظرة (CRISPRs) لأول مرة في تسلسلات بكتيريا الإشريكية القولونية عام 1987. وفي عام 1995، لاحظ فرانسيسكو موجيكا تراكيب مماثلة في العتائق، وكان أول من اعتبرها جزءًا من الجهاز المناعي للبكتيريا والعتائق. وفي عام 2008، أُثبت تجريبيًا لأول مرة أن هدف الجهاز المناعي للبكتيريا والعتائق هو الحمض النووي الغريب (DNA) وليس الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA). وأشارت آلية التعرف على التسلسلات الفيروسية وتفكيكها إلى إمكانية استخدام هذه الأنظمة كأداة لتحرير الجينوم . ومنذ اعتمادها كأداة لتحرير الجينوم عام 2012، قطعت منظومة CRISPR-Cas شوطًا طويلًا لتصبح نظامًا قياسيًا راسخًا لتحرير الجينات ، ووجدت تطبيقات واسعة النطاق في الطب الحيوي والزراعة والصناعات الدوائية، بما في ذلك العلاج الجيني ^{السريري}.

تتوفر حاليًا مجموعة واسعة من أنظمة CRISPR -Cas لمراقبة وتعديل تسلسلات الحمض النووي DNA/RNA لأغراض البحث العلمي، وفحص الأدوية، والتشخيص، والعلاج. تُقسم أنظمة CRISPR/Cas الحالية إلى فئتين (الفئة 1 والفئة 2) وستة أنواع (من النوع الأول إلى النوع الحادي عشر). تحتوي أنظمة الفئة 1 على بروتينات Cas متعددة ، والتي تحتاج إلى تكوين مُركب وظيفي للارتباط بأهدافها والتأثير عليها. أما أنظمة الفئة 2، فتحتوي على بروتين Cas واحد كبير فقط للارتباط بتسلسلات الهدف وتحليلها، مما يجعلها أسهل استخدامًا. من أنظمة الفئة 2 الشائعة الاستخدام: Cas9 النوع الثاني، وCas13 النوع السادس، وCas12 النوع الخامس. قد تُسبب هذه الأنظمة آثارًا جانبية غير مرغوب فيها، مثل التأثيرات غير المستهدفة والسمية ^{الخلوية}.

إن العلاجات الجينية القائمة على أنظمة CRISPR-Cas الحالية لها استخدام سريري محدود بسبب حدوث عمليات تحرير خارج الهدف بشكل متكرر، وطفرات الحمض النووي غير المتوقعة، بما في ذلك حذف أجزاء كبيرة من الحمض النووي وتغيرات هيكلية كبيرة في الحمض النووي في كل من المواقع المستهدفة وغير المستهدفة مما يؤدي إلى موت الخلايا ومشاكل وراثية أخرى.

Craspase (أو caspase الموجهة بواسطة CRISPR)  

أفاد باحثون مؤخرًا عن نظام CRISPER-Cas جديد، وهو نظام Cas7-11 من النوع III-E من الفئة الثانية، مرتبط ببروتين شبيه بالكاسبيز، ولذلك سُمّي Craspase أو كاسبيز ⁵ الموجه بتقنية CRISPR (الكاسبيزات هي بروتيازات سيستين تلعب دورًا رئيسيًا في موت الخلايا المبرمج عن طريق تكسير البنى الخلوية). وله تطبيقات محتملة في مجالات مثل العلاج الجيني والتشخيص. يعمل Craspase بتوجيه واستهداف الحمض النووي الريبوزي (RNA)، ولا يتفاعل مع تسلسلات الحمض النووي (DNA). يستطيع استهداف وتدمير الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) والبروتينات المرتبطة بأمراض وراثية مختلفة بدقة عالية دون تأثيرات جانبية. وبالتالي، يُمكن القضاء على الجينات المرتبطة بالأمراض عن طريق القطع على مستوى الحمض النووي الريبوزي الرسول أو البروتين. كما يُمكن استخدام Craspase، عند ارتباطه بإنزيم محدد، لتعديل وظائف البروتينات. وعند إزالة وظائفه كإنزيم ريبونوكلياز (RNase) وبروتياز، يُصبح Craspase غير نشط (dCraspase). لا يمتلك وظيفة قطع، ولكنه يرتبط بتسلسلات الحمض النووي الريبوزي والبروتين. لذلك، يمكن استخدام dCraspase في التشخيص والتصوير لمراقبة وتشخيص الأمراض أو الفيروسات.

يُعدّ نظام كراسبيز أول نظام CRISPR-Cas يُظهر قدرة على تعديل البروتينات. كما أنه أول نظام قادر على تعديل كلٍّ من الحمض النووي الريبوزي (RNA) والبروتينات. وتتميز وظيفة تعديل الجينات فيه بأقل قدر من الآثار الجانبية، ودون أي مشاكل وراثية. لذا، يُرجّح أن يكون كراسبيز أكثر أمانًا في الاستخدام السريري والعلاجي من أنظمة CRISPR-Cas الأخرى المتاحة ^حاليًا.

نظرًا لأن Craspase يتغلب على العديد من القيود المفروضة على أنظمة CRISPR-Cas الحالية ، فإن لديه القدرة على إحداث ثورة في العلاج الجيني ، والتشخيصات والمراقبة ، والبحوث الطبية الحيوية ، وتحسين المحاصيل. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتطوير نظام توصيل موثوق به لاستهداف الجينات المسببة للأمراض في الخلايا بدقة قبل إثبات السلامة والفعالية في التجارب السريرية.   

*** 

المراجع:  

1. Gostimskaya، I. CRISPR-Cas9: تاريخ من اكتشافه والاعتبارات الأخلاقية لاستخدامه في تحرير الجينوم. الكيمياء الحيوية موسكو 87 ، 777-788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090  

2. تشاو لي وآخرون 2022. الأدوات والموارد الحاسوبية لتحرير CRISPR / Cas Genome. علم الجينوم والبروتيوميات والمعلوماتية الحيوية. متاح على الإنترنت 24 مارس 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006 

3. van Beljouw، SPB، Sanders، J.، Rodríguez-Molina، A. et al. استهداف RNA لأنظمة CRISPR-Cas. نات ريف ميكروبيول 21 ، 21–34 (2023). https://doi.org/10.1038/s41579-022-00793-y 

4. تشوني هو وآخرون 2022. Craspase هو بروتياز CRISPR RNA الموجه ، RNA المنشط. علوم. 25 أغسطس 2022. المجلد 377 ، العدد 6612. الصفحات 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064  

5. Huo ، G. ، Shepherd ، J. & Pan ، X. Craspase: محرر جيني مزدوج CRISPR / Cas. علم الجينوم الوظيفي والتكامل 23 ، 98 (2023). تاريخ النشر: 23 مارس 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0 

***