Craspase : “CRISPR – Cas System” ใหม่ที่ปลอดภัยกว่าเดิมที่แก้ไขทั้งยีนและโปรตีน  

“ระบบ CRISPR-Cas” ในแบคทีเรียและไวรัสจะระบุและทำลายลำดับของไวรัสที่บุกรุก เป็นระบบภูมิคุ้มกันของแบคทีเรียและอาร์เคียลเพื่อป้องกันการติดเชื้อไวรัส ในปี 2012 ระบบ CRISPR-Cas ได้รับการยอมรับว่าเป็น จีโนม เครื่องมือแก้ไข นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ระบบ CRISPR-Cas ที่หลากหลายก็ได้รับการพัฒนาและพบการใช้งานในด้านต่างๆ เช่น ในการบำบัดด้วยยีน การวินิจฉัย การวิจัย และการปรับปรุงพืชผล อย่างไรก็ตาม ระบบ CRISPR-Cas ที่มีอยู่ในปัจจุบันมีการใช้งานทางคลินิกอย่างจำกัด เนื่องจากมีการแก้ไขนอกเป้าหมายบ่อยครั้ง การกลายพันธุ์ของ DNA ที่ไม่คาดคิด และปัญหาที่สืบทอดได้ นักวิจัยเพิ่งรายงานถึงระบบ CRISPR-Cas ใหม่ที่สามารถกำหนดเป้าหมายและทำลาย mRNA และ โปรตีน ที่เกี่ยวข้องกับโรคทางพันธุกรรมต่างๆ ได้แม่นยำยิ่งขึ้น โดยไม่มีผลกระทบนอกเป้าหมายและปัญหาที่สืบทอดได้ ชื่อ Craspase เป็นระบบ CRISPR-Cas ตัวแรกที่แสดง โปรตีน ฟังก์ชั่นการแก้ไข นอกจากนี้ยังเป็นระบบแรกที่สามารถแก้ไขทั้ง RNA และ โปรตีน- เนื่องจาก Craspase เอาชนะข้อจำกัดมากมายของระบบ CRISPR-Cas ที่มีอยู่ จึงมีความเป็นไปได้ที่จะปฏิวัติยีนบำบัด การวินิจฉัยและการเฝ้าติดตาม การวิจัยทางชีวการแพทย์ และการปรับปรุงพืชผล 

“ระบบ CRISPR-Cas” คือระบบภูมิคุ้มกันตามธรรมชาติของแบคทีเรียและอาร์เคียต่อการติดเชื้อไวรัสที่ระบุ ผูก และลดลำดับในยีนของไวรัสเพื่อปกป้อง ประกอบด้วยสองส่วน ได้แก่ RNA ของแบคทีเรียที่คัดลอกมาจากยีนของไวรัสที่รวมอยู่ในจีโนมของแบคทีเรียหลังการติดเชื้อครั้งแรก (เรียกว่า CRISPR ซึ่งระบุลำดับเป้าหมายของยีนไวรัสที่บุกรุก) และผู้ทำลายที่เกี่ยวข้อง โปรตีน เรียกว่า “CRISPR ที่เกี่ยวข้อง โปรตีน (Cas)” ซึ่งจับและลดลำดับที่ระบุในยีนของไวรัสเพื่อปกป้องแบคทีเรียจากไวรัส  

คริสเปอร์ ย่อมาจาก "การทำซ้ำ Palindromic ระยะสั้นแบบคลัสเตอร์สม่ำเสมอ" มันถูกถอดรหัส RNA ของแบคทีเรียโดยมีลักษณะการทำซ้ำของพาลินโดรม  

Palindromic repeats (CRISPRs) ถูกค้นพบครั้งแรกในลำดับของ E. coli ในปี 1987 ในปี 1995 ฟรานซิสโก โมฮิกา สังเกตเห็นโครงสร้างที่คล้ายกันในอาร์เคีย และเขาเป็นคนแรกที่คิดว่าสิ่งเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของระบบภูมิคุ้มกันของแบคทีเรียและอาร์เคีย ในปี 2008 มีการทดลองแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าเป้าหมายของระบบภูมิคุ้มกันของแบคทีเรียและอาร์เคียคือ DNA แปลกปลอม ไม่ใช่ mRNA กลไกการระบุและการย่อยสลายลำดับของไวรัสชี้ให้เห็นว่าระบบดังกล่าวสามารถใช้เป็นเครื่องมือได้ การแก้ไขจีโนม- นับตั้งแต่ได้รับการยอมรับว่าเป็นเครื่องมือแก้ไขจีโนมในปี 2012 ระบบ CRISPR–Cas ก็ได้ก้าวไปไกลมากในฐานะมาตรฐานที่กำหนดขึ้นอย่างมั่นคง แก้ไขยีน และพบการใช้งานที่หลากหลายในชีวการแพทย์ การเกษตร อุตสาหกรรมยา รวมถึงยีนบำบัดทางคลินิก^1,2.  

หลากหลายรูปแบบ CRISPR-ระบบ Cas ได้รับการระบุแล้วและขณะนี้พร้อมใช้งานสำหรับการติดตามและแก้ไขลำดับ DNA/RNA สำหรับการวิจัย การคัดกรองยา การวินิจฉัย และการรักษา ระบบ CRISPR/Cas ปัจจุบันแบ่งออกเป็น 2 คลาส (คลาส 1 และ 2) และหกประเภท (ประเภท I ถึง XI) ระบบคลาส 1 มีหลาย Cas โปรตีน ซึ่งจำเป็นต้องสร้างระบบการทำงานที่ซับซ้อนเพื่อผูกมัดและดำเนินการกับเป้าหมาย ในทางกลับกัน ระบบคลาส 2 จะมี Cas ขนาดใหญ่เพียงตัวเดียว โปรตีน สำหรับการเชื่อมโยงและการลดลำดับเป้าหมายซึ่งทำให้ระบบคลาส 2 ใช้งานได้ง่ายขึ้น ระบบคลาส 2 ที่ใช้กันทั่วไปคือ Cas 9 Type II, Cas13 Type VI และ Cas12 Type V ระบบเหล่านี้อาจมีผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ เช่น ผลกระทบนอกเป้าหมาย และความเป็นพิษต่อเซลล์^3,5.  

ยีนบำบัด ตามระบบ CRISPR-Cas ในปัจจุบันมีการใช้งานทางคลินิกที่จำกัด เนื่องจากมีการแก้ไขนอกเป้าหมายบ่อยครั้ง การกลายพันธุ์ของ DNA ที่ไม่คาดคิด รวมถึงการลบชิ้นส่วน DNA ขนาดใหญ่ และรูปแบบโครงสร้าง DNA ขนาดใหญ่ที่ทั้งไซต์เป้าหมายและนอกเป้าหมายที่นำไปสู่การเสียชีวิตของเซลล์ และปัญหาที่สืบทอดอื่น ๆ  

Craspase (หรือ CRISPR-guided caspase)  

นักวิจัยได้รายงานเมื่อเร็วๆ นี้เกี่ยวกับระบบ CRISPER-Cas ซึ่งเป็นระบบ Class 2 Type III-E Cas7-11 ที่เกี่ยวข้องกับระบบที่มีลักษณะคล้ายแคสเปส โปรตีน จึงได้ชื่อว่า Craspase หรือ CRISPR-guided caspase ⁵ (แคสเปสคือซิสเทอีนโปรตีเอสที่มีบทบาทสำคัญในการตายของเซลล์ในการทำลายโครงสร้างเซลล์) มีศักยภาพในการนำไปประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆ เช่น การบำบัดด้วยยีนและการวินิจฉัยโรค Craspase เป็นแบบ RNA-guided และ RNA-target และไม่เกี่ยวข้องกับลำดับ DNA สามารถกำหนดเป้าหมายและทำลาย mRNA และ โปรตีน ที่เกี่ยวข้องกับโรคทางพันธุกรรมต่างๆ ได้แม่นยำมากขึ้น โดยไม่ส่งผลกระทบนอกเป้าหมาย ดังนั้นการกำจัดยีนที่เกี่ยวข้องกับโรคจึงเป็นไปได้โดยการแยกตัวที่ mRNA หรือระดับโปรตีน นอกจากนี้ เมื่อเชื่อมโยงกับเอ็นไซม์จำเพาะ Crasepase ยังสามารถใช้เพื่อปรับเปลี่ยนการทำงานของโปรตีนได้อีกด้วย เมื่อฟังก์ชัน RNase และโปรตีเอสถูกลบออก Craspase จะถูกปิดใช้งาน (dCraspase) ไม่มีฟังก์ชั่นการตัด แต่จับกับลำดับ RNA และโปรตีน ดังนั้น dCraspase จึงสามารถนำมาใช้ในการวินิจฉัยและการถ่ายภาพเพื่อติดตามและวินิจฉัยโรคหรือไวรัสได้  

Craspase เป็นระบบ CRISPR-Cas แรกที่แสดงฟังก์ชันการแก้ไขโปรตีน นอกจากนี้ยังเป็นระบบแรกที่สามารถแก้ไขทั้ง RNA และโปรตีนได้ ของมัน แก้ไขยีน ฟังก์ชันนี้มีผลกระทบนอกเป้าหมายน้อยที่สุดและไม่มีปัญหาที่สืบทอดได้ ดังนั้น Craspase จึงน่าจะปลอดภัยกว่าในการใช้งานทางคลินิกและการบำบัดมากกว่าระบบ CRISPR-Cas อื่นๆ ที่มีอยู่ในปัจจุบัน ^4,5.    

เนื่องจาก Craspase เอาชนะข้อจำกัดหลายประการของระบบ CRISPR-Cas ที่มีอยู่ จึงมีศักยภาพในการปฏิวัติยีนบำบัด การวินิจฉัยและการติดตามผล การวิจัยทางชีวการแพทย์ และการปรับปรุงพืชผล จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อพัฒนาระบบการนำส่งที่เชื่อถือได้เพื่อกำหนดเป้าหมายยีนที่ก่อให้เกิดโรคในเซลล์อย่างแม่นยำก่อนที่จะพิสูจน์ความปลอดภัยและประสิทธิภาพในการทดลองทางคลินิก   

*** 

อ้างอิง:  

1. Gostimskaya, I. CRISPR–Cas9: ประวัติการค้นพบและข้อพิจารณาทางจริยธรรมของการใช้ในการแก้ไขจีโนม ชีวเคมีมอสโก 87, 777–788 (2022) https://doi.org/10.1134/S0006297922080090  

2. เจ้าลี่ อัล et 2022. เครื่องมือคำนวณและทรัพยากรสำหรับการแก้ไข CRISPR/Cas Genome จีโนมิกส์ โปรตีโอมิกส์ และชีวสารสนเทศ วางจำหน่ายออนไลน์ 24 มีนาคม 2022 DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006 

3. van Beljouw, SPB, Sanders, J., Rodríguez-Molina, A. และคณะ ระบบ CRISPR–Cas ที่กำหนดเป้าหมาย RNA Nat Rev Microbiol 21, 21–34 (2023) https://doi.org/10.1038/s41579-022-00793-y 

4. ชุนอี้หู อัล et 2022 Craspase เป็นโปรตีเอสที่กระตุ้น RNA นำทางด้วย CRISPR RNA ศาสตร์. 25 ส.ค. 2022 ปีที่ 377 ฉบับที่ 6612 หน้า 1278-1285 ดอย: https://doi.org/10.1126/science.add5064  

5. Huo, G., Shepherd, J. & Pan, X. Craspase: ตัวแก้ไขยีนคู่ CRISPR/Cas ที่แปลกใหม่ จีโนมเชิงหน้าที่และเชิงบูรณาการ 23, 98 (2023) เผยแพร่: 23 มีนาคม 2023 ดอย: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0 

***