박테리아와 바이러스의 "CRISPR-Cas 시스템"은 침입하는 바이러스 서열을 식별하고 파괴합니다. 바이러스 감염으로부터 보호하기 위한 박테리아 및 고세균 면역 체계입니다. 2012년에는 CRISPR-Cas 시스템이 게놈 편집 도구. 그 이후로 광범위한 CRISPR-Cas 시스템이 개발되어 유전자 치료, 진단, 연구 및 작물 개선과 같은 분야에 적용되었습니다. 그러나 현재 사용 가능한 CRISPR-Cas 시스템은 표적 외 편집의 빈번한 발생, 예상치 못한 DNA 돌연변이 및 유전적 문제로 인해 임상 사용이 제한되어 있습니다. 연구자들은 최근 mRNA를 표적으로 삼아 파괴할 수 있는 새로운 CRISPR-Cas 시스템을 보고했습니다. 단백질 표적을 벗어난 영향이나 유전적 문제 없이 다양한 유전 질환과 더 정확하게 연관됩니다. Crspase라는 이름의 이 시스템은 다음을 보여주는 최초의 CRISPR-Cas 시스템입니다. 단백질 편집 기능. 또한 RNA와 RNA를 모두 편집할 수 있는 최초의 시스템이기도 합니다. 단백질. Crspase는 기존 CRISPR-Cas 시스템의 많은 한계를 극복하기 때문에 유전자 치료, 진단 및 모니터링, 생물 의학 연구 및 작물 개선에 혁명을 일으킬 가능성이 있습니다.
"CRISPR-Cas 시스템"은 바이러스 감염에 대한 박테리아 및 고세균의 자연 면역 시스템으로, 바이러스 유전자의 서열을 식별, 결합 및 분해하여 보호합니다. 이는 두 부분으로 구성됩니다. 첫 번째 감염 후 박테리아 게놈에 통합된 바이러스 유전자에서 전사된 박테리아 RNA(CRISPR이라고 하며 이는 침입하는 바이러스 유전자의 표적 서열을 식별함)와 관련 파괴자입니다. 단백질 "CRISPR 관련"이라고 불림 단백질 (Cas)”는 바이러스 유전자에서 확인된 서열을 결합하고 분해하여 바이러스로부터 박테리아를 보호합니다.
크리스퍼 "클러스터형 규칙적으로 간격을 두고 있는 짧은 회문 반복"을 의미합니다. 이는 회문형 반복을 특징으로 하는 전사된 박테리아 RNA입니다.
CRISPR(Palindromic repeats)은 다음 서열에서 처음 발견되었습니다. E. 대장균 1987년. 1995년 Francisco Mojica는 고세균에서 유사한 구조를 관찰했으며, 이것을 박테리아와 고세균의 면역 체계의 일부로 처음 생각한 사람이 바로 그 사람이었습니다. 2008년에는 박테리아와 고세균의 면역 체계의 표적이 mRNA가 아닌 외래 DNA라는 사실이 처음으로 실험적으로 입증되었습니다. 바이러스 서열 식별 및 분해 메커니즘은 이러한 시스템이 다음을 위한 도구로 사용될 수 있음을 시사했습니다. 게놈 편집. CRISPR-Cas 시스템은 2012년 게놈 편집 도구로 인정받은 이후 확고하게 확립된 표준으로 매우 먼 길을 걸어왔습니다. 유전자 편집 시스템을 개발했으며 임상 유전자 치료를 포함하여 생물의학, 농업, 제약 산업에서 광범위한 응용 분야를 발견했습니다.1,2.
넓은 범위의 CRISPR-Cas 시스템은 이미 식별되었으며 현재 연구, 약물 스크리닝, 진단 및 치료를 위해 DNA/RNA 서열을 모니터링하고 편집하는 데 사용할 수 있습니다. 현재 CRISPR/Cas 시스템은 2가지 클래스(Class 1, 2)와 1가지 유형(Type I~XI)으로 구분됩니다. 클래스 XNUMX 시스템에는 여러 Cas가 있습니다. 단백질 표적에 결합하고 작용하려면 기능적 복합체를 형성해야 합니다. 반면 클래스 2 시스템에는 대형 Cas가 하나만 있습니다. 단백질 클래스 2 시스템을 더 쉽게 사용할 수 있도록 하는 표적 서열의 결합 및 분해를 위한 것입니다. 일반적으로 사용되는 클래스 2 시스템은 Cas 9 Type II, Cas13 Type VI 및 Cas12 Type V입니다. 이러한 시스템은 바람직하지 않은 부차적 효과, 즉 표적 외 영향 및 세포 독성을 가질 수 있습니다.3,5.
유전자 요법 현재의 CRISPR-Cas 시스템을 기반으로 하는 시스템은 세포 사멸을 초래하는 표적 및 비표적 사이트 모두에서 큰 DNA 조각 삭제 및 큰 DNA 구조 변이를 포함하여 비표적 편집, 예기치 않은 DNA 돌연변이의 빈번한 발생으로 인해 임상 사용이 제한적입니다. 및 기타 상속 가능한 문제.
Craspase(또는 CRISPR 유도 caspase)
연구자들은 최근 카스파제 유사 효소와 관련된 클래스 2 유형 III-E Cas7-11 시스템인 새로운 CRISPER-Cas 시스템을 보고했습니다. 단백질 따라서 이름이 붙여진 Craspase 또는 CRISPR 유도 caspase 5 (카스파제는 세포 구조를 파괴하는 세포사멸에 중요한 역할을 하는 시스테인 프로테아제입니다.) 이는 유전자 치료 및 진단과 같은 분야에 잠재적으로 응용될 수 있습니다. Crspase는 RNA 유도 및 RNA 표적화되며 DNA 서열에 관여하지 않습니다. mRNA를 표적으로 삼아 파괴할 수 있으며, 단백질 표적을 벗어난 영향 없이 다양한 유전 질환과 더 정확하게 연관됩니다. 따라서, mRNA나 단백질 수준의 절단을 통해 질병과 관련된 유전자의 제거가 가능합니다. 또한 특정 효소와 결합하면 크라스파제를 사용하여 단백질의 기능을 변형시킬 수도 있습니다. RNase 및 프로테아제 기능이 제거되면 Craspase가 비활성화됩니다(dCraspase). 절단 기능은 없지만 RNA 및 단백질 서열과 결합합니다. 따라서 dCraspase는 진단 및 영상화에 사용되어 질병이나 바이러스를 모니터링하고 진단할 수 있습니다.
Crspase는 단백질 편집 기능을 보여주는 최초의 CRISPR-Cas 시스템입니다. 또한 RNA와 단백질을 모두 편집할 수 있는 최초의 시스템이기도 합니다. 그것은 유전자 편집 기능은 최소한의 목표 외 효과를 가지며 상속 가능한 문제는 없습니다. 따라서 Crspase는 현재 사용 가능한 다른 CRISPR-Cas 시스템보다 임상 사용 및 치료법에서 더 안전할 가능성이 높습니다. 4,5.
Craspase는 기존 CRISPR-Cas 시스템의 많은 한계를 극복하기 때문에 유전자 치료, 진단 및 모니터링, 생의학 연구 및 작물 개량에 혁명을 일으킬 가능성이 있습니다. 임상 시험에서 안전성과 효능을 입증하기 전에 세포에서 질병을 유발하는 유전자를 정확하게 표적으로 삼을 수 있는 신뢰할 수 있는 전달 시스템을 개발하려면 더 많은 연구가 필요합니다.
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참조 :
- Gostimskaya, I. CRISPR–Cas9: 게놈 편집에서의 사용에 대한 발견 및 윤리적 고려의 역사. 생화학 모스크바 87, 777–788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090
- 차오리 외 2022. CRISPR/Cas 게놈 편집을 위한 전산 도구 및 리소스. 유전체학, 단백질체학 및 생물정보학. 24년 2022월 XNUMX일 온라인으로 제공됩니다. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006
- van Beljouw, SPB, Sanders, J., Rodríguez-Molina, A. et al. RNA 표적화 CRISPR–Cas 시스템. Nat Rev Microbiol 21, 21–34 (2023). https://doi.org/10.1038/s41579-022-00793-y
- 후춘이 외 2022. Craspase는 CRISPR RNA 유도, RNA 활성화 프로테아제입니다. 과학. 25년 2022월 377일. 6612권, 1278호. pp. 1285-XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064
- Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase: 새로운 CRISPR/Cas 이중 유전자 편집기. 기능 및 통합 유전체학 23, 98(2023). 게시일: 23년 2023월 XNUMX일. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0
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