Русская Википедия:CRISPR-Cas13
CRISPR-Cas13 это РНК-нуклеаза которую можно использовать для целенаправленной деградации РНК[1]. Ферменты Cas13 имеют два эндоРНКазных домена HEPN (Higher Eukaryotes and Prokaryotes Nucleotide-binding)[2]. Для нацеливания этот фермент использует направляющую РНК (gRNA). После активации путем спаривания между последовательностью CRISPR РНК (crРНК) и комплементарной одноцепочечной РНК (ssРНК)-мишенью эффектор Cas13 вызывает расщепление РНК-мишени, При этом для активации рибонуклеазы Cas13 требуется почти идеальная комплементарность между целевой РНК и Cas13-ассоциированной направляющей РНК[3]. Поскольку программируемая последовательность направляющей РНК Cas13 примерно в три раза больше, чем исходная последовательность кшРНК, опосредованный CRISPR-Cas13 сайленсинг транскрипции дает исследователям большую избирательность цели. Еще одним преимуществом является то, что Cas13 не требует последовательности PAM (Protospacer adjacent motif— мотив, смежный с протоспейсером), что теоретически позволяет ему нацеливаться практически на любую область РНК[4].
Однако в отличие от белков Argonaute, которые разрезают только комплементарные РНК в цис-положении, Cas13 помимо комплементарных РНК в цис-положении может разрушить и близлежащие некомплементарные РНК в транс-положении, что ограничивает применение некоторых подтипов Cas13 in vivo[5]. Это связано с тем, что нуклеазные домены Cas13 расположены на открытой поверхности белка вдали от кармана связывания crРНК с целевой РНК[3][6].
Однако не все системы CRISPR Cas13 одинаковы, некоторые из них позволяют минимизировать побочные эффекты. Так, высокоточный вариант с мутацией Cas13d-N2V8, названный hfCas13d (high-fidelity Cas13d), демонстрирует активность нокдауна РНК, аналогичную Cas13 дикого типа, но не обнаруживает существенных побочных повреждений у трансгенных мышей[7]. Новый подход к редактированию генов с использованием фермента hfCas13d, нацеленного на РНК, более безопасен, поскольку РНК представляют собой временные молекулы, которые существуют в клетке только в течение короткого периода времени и не интегрируются в геном[8]. Поэтому системы точного редактирования РНК с помощью CRISPR-Cas13 потенциально могут использоваться в терапевтических целях, когда желательно временное изменение функционирования клеток. Так, например, разработаны компактные ферменты Cas13bt-REPAIR, которые можно поместить в аденовирусный вектор AAV и с его помощью редактировать функционально значимые мишени такие как сайты фосфорилирования белков[9]. В частности, путем редактирования кодона в сайте, который способствует деградации бета-катенина при фосфорилировании, удалось в 52-раза увеличить передачу сигналов пути Wnt/бета-катенина, необходимого для стимуляции регенерации печени[9].
Путем слияния каталитически дезактивированного фермента Cas13d с фактором инициации трансляции IF-3 удалось получить программируемый активатор трансляции белков dCasRx-IF3 и с его помощью на посттранскрипционном уровне избирательно усилить синтез определенных белков[10].
Cas12a2
Нацеленный на РНК и управляемый РНК фермент Cas12a2 также как Cas13d идентифицирует и расщепляет чужеродную РНК в клетках. Это ограничивает рост зараженных клеток, что позволяет остановить распространение инфекции на другие клетки.[11][12]
Примечания
Литература
- van Beljouw, S.P.B., Sanders, J., Rodríguez-Molina, A. et al. (2022). RNA-targeting CRISPR–Cas systems. Nat Rev Microbiol Шаблон:Doi
- Kordyś, M., Sen, R., & Warkocki, Z. (2022). Applications of the versatile CRISPR‐Cas13 RNA targeting system. Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA, 13(3), e1694.Шаблон:PMID Шаблон:DOI
- Ai, Y., Liang, D., & Wilusz, J. E. (2022). CRISPR/Cas13 effectors have differing extents of off-target effects that limit their utility in eukaryotic cells. Nucleic acids research, 50(11), e65-e65. Шаблон:PMID Шаблон:PMC Шаблон:DOI
- Liu, L., & Pei, D. S. (2022). Insights Gained from RNA Editing Targeted by the CRISPR-Cas13 Family. International Journal of Molecular Sciences, 23(19), 11400. Шаблон:Doi
- Reshetnikov, V. V., Chirinskaite, A. V., Sopova, J. V., Ivanov, R. A., & Leonova, E. I. (2022). Cas-Based Systems for RNA Editing in Gene Therapy of Monogenic Diseases: In Vitro and in Vivo Application and Translational Potential. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 10. Шаблон:PMID Шаблон:PMC Шаблон:DOI
- ↑ Ashraf, S., Ghouri, M. Z., Javed, M. A., Zafar, H., Ali, H., Qari, S. H., & Ahmad, A. (2022). RNA Editing with CRISPR/Cas13. In The CRISPR/Cas Tool Kit for Genome Editing (pp. 219-254). Springer, Singapore. Шаблон:Doi
- ↑ Cox, D. B., Gootenberg, J. S., Abudayyeh, O. O., Franklin, B., Kellner, M. J., Joung, J., & Zhang, F. (2017). RNA editing with CRISPR-Cas13. Science, 358(6366), 1019-1027. Шаблон:PMID Шаблон:PMC Шаблон:DOI
- ↑ 3,0 3,1 Ai, Y., Liang, D., & Wilusz, J. E. (2022). CRISPR/Cas13 effectors have differing extents of off-target effects that limit their utility in eukaryotic cells. Nucleic acids research, 50(11), e65-e65. Шаблон:PMID Шаблон:PMC Шаблон:DOI
- ↑ Goel, K., & Ploski, J. E. (2022). RISC-y Business: Limitations of Short Hairpin RNA-Mediated Gene Silencing in the Brain and a Discussion of CRISPR/Cas-Based Alternatives. Frontiers in Molecular Neuroscience, 15, 914430 Шаблон:PMID Шаблон:PMC Шаблон:DOI
- ↑ Li, Y., Xu, J., Guo, X., Li, Z., Cao, L., Liu, S., ... & You, F. (2022). Collateral cleavage of 28s rRNA by RfxCas13d causes death of mice. bioRxiv. Шаблон:Doi
- ↑ Li, Z., Li, Z., Cheng, X., Wang, X., Ma, S., Wang, S., ... & Fei, T. (2022). Intrinsic RNA targeting constrains the utility of CRISPR-Cas13 systems. bioRxiv. Шаблон:Doi
- ↑ Tong, H., Huang, J., Xiao, Q., He, B., Dong, X., Liu, Y., ... & Yang, H. (2022). High-fidelity Cas13 variants for targeted RNA degradation with minimal collateral effects. Nature Biotechnology, 1-12. Шаблон:Doi; (2021). bioRxiv pdf Шаблон:Doi
- ↑ Researchers allegedly create a new 'controllable, reversible' gene-editing method in China Шаблон:Wayback. Cas13 variants with minimal collateral effect are expected to be more competitive for in vivo RNA editing and future therapeutic applications, researchers claim.
- ↑ 9,0 9,1 Kannan, S., Altae-Tran, H., Jin, X., Madigan, V. J., Oshiro, R., Makarova, K. S., ... & Zhang, F. (2022). Compact RNA editors with small Cas13 proteins. Nature biotechnology, 40(2), 194-197. Шаблон:PMID Шаблон:PMC Шаблон:DOI
- ↑ Otoupal, P. B., Cress, B. F., Doudna, J. A., & Schoeniger, J. S. (2022). CRISPR-RNAa: targeted activation of translation using dCas13 fusions to translation initiation factors. Nucleic Acids Research, 50(15), 8986-8998. Шаблон:PMID Шаблон:PMC Шаблон:DOI
- ↑ Dmytrenko, O., Neumann, G.C., Hallmark, T. et al. (2023). Cas12a2 elicits abortive infection through RNA-triggered destruction of dsDNA. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-022-05559-3
- ↑ Шаблон:Cite web
