CRISPR:n kapasiteetit laajenevat uuden antiviraalisen toiminnan myötä

CRISPR:n potentiaalin laajentaminen – Mikä on CRISPR ja miksi se on tärkeä

Since its discovery, CRISPR (“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”), which won the 2020:n Nobel-palkinnon kemiassa, has revolutionized medicine and biotechnology.

Lähde: Nobel Prize

Tämä johtuu siitä, että CRISPR on ensimmäinen geenieditointimenetelmä, joka mahdollistaa erittäin tarkan kohdistamisen tiettyyn geneettiseen sekvenssiin, jolloin geneettisiä virheitä voidaan korjata joko in vitro tai in vivo ilman riskiä ei-toivottuihin mutaatioihin.

Tämä on tärkeää, koska ohjaamaton geenien insertointi on yhdistetty merkittäviin ongelmiin, erityisesti syöpäriskiin, mikä tekee niiden terapeuttisesta käytöstä vaikeaa ja kiistanalaista.

CRISPR:ää voidaan käyttää monin tavoin katkaisemaan jo olemassa oleva geeni, poistamaan tietty sekvenssi tai muokkaamaan/insertioimaan oikea geneettinen sekvenssi.

Lähde: CRISPR Therapeutics

Tämä johti lääketieteelliseen läpimurtoon, kun FDA hyväksyi ensimmäisen CRISPR-pohjaisen terapian vuonna 2023, jonka on kehittänyt CRISPR Therapeutics (CRSP ) geneettisiä verisairauksia varten (seuraa linkkiä saadaksesi omistautuneen raportin CRISPR Therapeuticsista).

Kuitenkin ihmisen hallitsema tarkka geenieditointi ei ole se, mihin CRISPR:ää luonnossa käytetään. Se on ensisijaisesti antiviraalinen työkalu, jota bakteerit käyttävät selviytyäkseen virusten hyökkäyksistä.

Ja nyt näyttää siltä, että CRISPR on vielä monipuolisempi kuin aiemmin ymmärrettiin, sillä se voi muokata solun aineenvaihduntaa, estäen virusten lisääntymisen. Tämän löysivät viisi tutkijaa Rockefellerin yliopistosta ja Memorial Sloan Kettering Cancer Centeristä.

He julkaisi tuloksensa arvostetussa tieteellisessä lehdessä Science¹, otsikolla “Cat1 muodostaa filamenttiverkkoja NAD+:n hajottamiseksi tyypin III CRISPR-Cas -antiviraalivasteen aikana”.

CRISPR:n luonnolliset alkuperät bakteereissa

Useimmat bakteerit ovat jatkuvan virusten uhan alaisia, jotka on erikoistuneet hyökkäämään niihin, ja joita kutsutaan bakteriofageiksi (kirjaimellisesti “bakteereja syövät”).

Tämän vuoksi näitä fageja tutkitaan parhaillaan niiden potentiaalin vuoksi muodostaa “elävät antibiootit” , jotka kiertäisivät suurimman osan kasvavista antibioottiresistensseistä.

Jokainen yksittäisen bakteerin CRISPR:ssä oleva CRISPR-geenisekvenssi on peräisin bakteeriofagin DNA-fragmentista, joka on aiemmin infektoinut prokaryoottia tai yhtä sen esi-isistä.

Näitä sekvenssejä käytetään havaitsemaan ja tuhoamaan DNA:ta samankaltaisilta bakteriofageilta myöhemmissä infektioprosesseissa, muodostaen eräänlaisen “hankitun immuniteetin” fageja vastaan. CRISPR löytyy noin 50 % sekvensoiduista bakteerigenomeista.

Kun otetaan huomioon, kuinka laajalle levinneitä CRISPR-järjestelmät ovat ja kuinka tärkeitä ne ovat virustauteja tai bakteereja vastaan, ei ehkä ole yllättävää, että niillä on myös muita lisäantiviraalisia ominaisuuksia.

CRISPR voi estää viruksia pysäyttämällä solun toiminnan

CRISPR bakteerien kollektiivisena immuunijärjestelmänä

Muita kuin “geneettisiä saksia” koskevia toimintoja CRISPR-järjestelmissä ymmärretään yhä paremmin, erityisesti Rockefellerin Laboratory of Bacteriology johtaman Prof. Luciano Marraffini.

Lähde: Amacad

He keskittyivät erityisesti CRISPR-Cas10-järjestelmissä olevaan molekyyliluokkaan, jota kutsutaan CARF-efektoreiksi, ja jotka ovat proteiineja, jotka aktivoituvat bakteerin fageinfektion yhteydessä.

CARF-efektoreilla on erilaisia lähestymistapoja saavuttaakseen saman tavoitteen: pysäyttää solun toiminta. Kun DNA-replikointi ja proteiinintuotanto pysähtyvät infektoituneissa soluissa, myös viruksen tuotanto lakkaa.

“Laboratoriomme yhteinen työ paljastaa, kuinka tehokkaita—ja erilaisia—nämä CARF-efektorit ovat. Niiden molekulaaristen toimintojen kirjo on varsin hämmästyttävä.”

Prof. Luciano Marraffini – Rockefellerin Laboratorio Bakteeriologiassa

Tämä vaikutus suojaa epäsuorasti kaikkia muita alueen bakteereja ja on periaatteessa melko samankaltainen kuin nisäkkäiden immuunijärjestelmän NK-lymfosyytit (Natural Killer) , jotka tappavat infektoituneet solut (ja syöpäsolut) estäen viruksen leviäminen.

Cat1-proteiini: avain CRISPR:n uuteen temppuun

Kuten monissa viimeaikaisissa bioteknologian löydöksissä, kehittyneet tekoälytyökalut auttoivat tutkijoita löytämään neulan heinäsuorasta. Tässä tapauksessa kyseessä oli työkalu nimeltä Foldseek, hakuprogramma, joka perustuu Googlen (GOOGL ) AlphaFold-työkaluun proteiinien 3D-rakenteen ennustamiseen.

Sen sijaan, että vertailtaisiin proteiinisekvenssejä, Foldseek vertaa niiden 3D-rakennetta, mikä lisää mahdollisuutta löytää toiminnallisesti samankaltaisia proteiineja, vaikka ne käyttäisivät eri aminohapposekvenssiä. Foldseek vähentää laskenta-aikoja neljästä viiteen potenssiin verrattuna aiempiin menetelmiin.

Lähde: ResearchGate

Foldseakin avulla tutkijat löysivät todennäköisesti CARF-efektorin proteiinin, jonka he kutsuivat Cat1:ksi, ja joka osoittautui omaavan erittäin tarkan aktivointijärjestelmän.

Tämä proteiini saa signaalin viruksen läsnäolosta sekundaarisista viestinvälittäjäaineista, joita kutsutaan sykliseksi tetra-adenylaatiksi, tai cA4:ksi. Sen jälkeen Cat1 hajottaa solun välttämättömän metabolitin, NAD+:n.

“Kun riittävä määrä NAD+:a on hajotettu, solu siirtyy kasvun pysäytystilaan.

Kun solun toiminta on tauolla, fage ei enää pysty lisääntymään eikä levitä bakteeripopulaation muuhun osaan.”

Christian Baca – TPCB:n jatko-opiskelija.

Mitä Cat1:n rakenne paljastaa

Kuten usein, mitä enemmän tieteellisiä löytöjä tehdään, sitä enemmän uusia kysymyksiä syntyy.

Tutkiessaan Cat1:n todellista rakennetta, tutkijat havaitsivat, että sillä on outo muoto.

Kahden Cat1:n kopioita liimaavat cA4‑signaalimolekyyli, muodostaen pitkän filamentin virusinfektion yhteydessä, ja ne ansaitsevat NAD+-metabolitit tahmeisiin molekyylipoketteihin. Ne muodostivat jopa monimutkaisempia rakenteita solutasolla.

“Filamentit vuorovaikuttavat keskenään muodostaen kolmiulotteisia spiraalipaketteja, ja nämä paketit voivat laajentua muodostaen pentagonisia spiraalipaketteja,”

Puja Majumder – postdoc-tutkija Patel-labissa

Lähde: Rockefellerin Laboratorio Bakteeriologiassa

Voisiko nämä antiviraaliset temput toimia ihmisissä?

Erittäin monimutkainen ja laaja antiviraalisten kapasiteettien kirjo bakteereissa herättää kysymyksen: Voisiko tämä toimia myös ihmisissä?

Tämä on tietysti jo keskusteltu idea, erityisesti koska viruksia on edelleen paljon vaikeampi torjua kuin bakteereita, joihin antibiootit (yhä suurimmaksi osaksi) ovat tehokkaita.

Yksi tällainen mahdollisuus olisi geenieditointi kroonisten virusinfektioiden, kuten HIV:n, SARS-CoV-2:n ja hepatiittivirusojen, hoitamiseksi. Viruksia kuten variola ja apinanvariola voitaisiin myös mahdollisesti hoitaa tällä tavalla.

Tämä syvempi ymmärrys CRISPR-järjestelmistä voisi myös auttaa lisäämään toiminnallisuuksia tai vähentämään olemassa olevien CRISPR-pohjaisten geeniterapioiden sivuvaikutuksia, tehden niistä entistä paremman terapeuttisen työkalun.

Sijoittaminen CRISPR-teknologioihin

CRISPR Therapeutics

Mikä erottaa CRISPR Therapeuticsn muista, on perustajien huippuosaava tiimi, johon kuuluu tohtori Emmanuelle Charpentier, jonka perustava tutkimus paljasti CRISPR-Cas9-teknologian keskeiset mekanismit.

Se loi perustan CRISPR-Cas9:n käyttöön monipuolisena ja tarkkana geenieditointityökaluna. Lukuisat palkinnot ovat tunnustaneet hänen työnsä, mukaan lukien 2020:n Nobel-palkinto lääketieteessä ja Breakthrough-palkinto elämäntieteissä.

CRISPR Therapeutics kehittää tehokasta ja monipuolista CRISPR/Cas9-geenieditointialustaa terapioita varten, jotka hoitavat hemoglobiinipathioita, syöpää, diabetesta ja muita sairauksia.

Ensimmäinen terapia, jonka he edistivät, oli verisairauksien beeta-talassemian ja sirppisolusairaudelle kohdistettu.

Ne on nyt hyväksytty kaupallisella nimellä Casgevy molempiin sovelluksiin. Yrityksen ensimmäinen allogeeninen CAR‑T‑ohjelma, joka kohdistuu B-solujen maligniteetteihin, on myös kliinisissä kokeissa.

Vaikka sirppisolusairaus on vähemmän suuri markkina, teknologian kypsyttyä he voivat laajentaa kohdistamista muihin tautivektoreihin.

Koska se on ensimmäinen yritys, jolla on hyväksytty CRISPR-terapia, CRISPR Therapeutics on hyvässä asemassa olemaan ensimmäinen, joka tuottaa positiivista kassavirtaa teknologiasta ja laajentaa sen sovelluksia edelleen.

Tämä loistava historia tekee todennäköisesti yrityksestä halutun kumppanin kaikille muille lääkeyrityksille, jotka haluavat kiihdyttää CRISPR-terapioita.

Viimeisimmät CRISPR Therapeutics (CRSP) Stock News and Developments

Tutkimus Viitattu:

^{1. Christian F. Baca et al. Cat1 muodostaa filamenttiverkkoja NAD+:n hajottamiseksi tyypin III CRISPR-Cas -antiviraalivasteen aikana. Science 10 Apr 2025. DOI: 10.1126/science.adv9045}