Le capacità di CRISPR si espandono con una nuova attività antivirale

Espandere il potenziale di CRISPR: cos'è CRISPR e perché è importante

Sin dalla sua scoperta, CRISPR (“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”), che ha vinto il premio Premio Nobel 2020 in Chimica, ha rivoluzionato la medicina e la biotecnologia.

Fonte: Premio Nobel

Questo perché CRISPR è il primo metodo di editing genetico che consente di indirizzare con estrema precisione una sequenza genetica specifica, consentendo di correggere gli errori genetici sia in vitro or in vivo senza rischiare mutazioni indesiderate.

Questo è importante perché l'inserimento non mirato di geni è stato collegato a gravi problemi, in particolare al rischio di cancro, rendendo il loro uso terapeutico difficile e controverso.

CRISPR può essere utilizzato in vari modi: per interrompere un gene già presente, eliminare una sequenza specifica o modificare/inserire la sequenza genetica corretta.

Fonte: CRISPR Therapeutics

Ciò si è trasformato in una svolta medica con l' Approvazione della FDA per la prima terapia basata su CRISPR nel 2023, sviluppato da CRISPR Therapeutics (CRSP ) per le malattie genetiche del sangue (segui il link per un report dedicato su CRISPR Therapeutics).

Tuttavia, l'editing genetico preciso controllato dall'uomo non è lo scopo per cui CRISPR è stato utilizzato in natura. Questo è, prima di tutto, uno strumento antivirale che i batteri utilizzano per sopravvivere agli attacchi dei virus.

E ora sembra che CRISPR sia ancora più versatile di quanto si pensasse in precedenza, in quanto può modificare il metabolismo cellulare, bloccando la replicazione virale. Questa è stata una scoperta fatta da cinque ricercatori della Rockefeller University e del Memorial Sloan Kettering Cancer Center.

Hanno pubblicato i loro risultati sulla prestigiosa rivista scientifica Science¹, sotto il titolo “Cat1 forma reti di filamenti per degradare NAD+ durante la risposta antivirale CRISPR-Cas di tipo III".

Le origini naturali di CRISPR nei batteri

La maggior parte dei batteri è sotto la costante minaccia di virus specializzati nell'attaccarli, chiamati batteriofagi (letteralmente "mangiatori di batteri").

Del resto, ecco perché questi fagi sono attualmente oggetto di studio per il loro potenziale nella formazione di “antibiotici viventi” che eviterebbe la maggior parte delle crescenti resistenze agli antibiotici.

Ogni sequenza genetica CRISPR riscontrata all'interno di un singolo CRISPR batterico deriva da un frammento di DNA di un batteriofago che aveva precedentemente infettato il procariota o uno dei suoi antenati.

Queste sequenze vengono utilizzate per rilevare e distruggere il DNA di batteriofagi simili durante infezioni successive, formando una sorta di "immunità acquisita" contro i fagi. CRISPR è presente in circa il 50% dei genomi batterici sequenziati.

Considerando quanto siano diffusi i sistemi CRISPR e quanto siano importanti contro le infezioni virali o batteriche, forse non sorprende che abbiano anche altre proprietà antivirali.

CRISPR può bloccare i virus bloccando la funzione cellulare

CRISPR come sistema immunitario collettivo dei batteri

Altre attività oltre alle “forbici genetiche” per i sistemi CRISPR sono sempre più comprese, in particolare grazie allo sforzo dei Rockefeller Laboratorio di batteriologia diretto da Prof. Luciano Marraffini.

Fonte: Amacad

Si sono concentrati in particolare su una classe di molecole nei sistemi CRISPR-Cas10 chiamate effettori CARF, che sono proteine ​​che vengono attivate dall'infezione fagica di un batterio.

Gli effettori CARF hanno diversi approcci per raggiungere lo stesso obiettivo: bloccare l'attività cellulare. Man mano che la replicazione del DNA e la produzione di proteine ​​si interrompono nelle cellule infette, si interrompe anche la produzione del virus.

"Il lavoro collettivo dei nostri laboratori sta rivelando quanto siano efficaci e diversi questi effettori CARF. La gamma delle loro attività molecolari è davvero sorprendente."

Prof. Luciano Marraffini – Laboratorio di batteriologia Rockefeller

Questo effetto protegge indirettamente tutti gli altri batteri presenti nell'area ed è in definitiva abbastanza simile nei suoi principi a linfociti NK (Natural Killer) del sistema immunitario dei mammiferi che uccidevano le cellule infette (e quelle cancerose) per fermare la propagazione del virus.

Proteina Cat1: la chiave del nuovo trucco di CRISPR

Come per molte recenti scoperte biotecnologiche, strumenti di intelligenza artificiale avanzati sono arrivati ​​ad aiutare i ricercatori a trovare un ago nel pagliaio. In questo caso, si è trattato di uno strumento chiamato Foldseek, un programma di ricerca basato su Google (GOOGL ) Strumento AlphaFold per prevedere la configurazione 3D delle proteine.

Invece di confrontare le sequenze proteiche, Foldseek confronta la loro struttura tridimensionale, aumentando la probabilità di trovare proteine ​​funzionalmente simili, anche se utilizzano una sequenza di amminoacidi diversa. Foldseek riduce i tempi di calcolo da quattro a cinque ordini di grandezza rispetto ai metodi precedenti.

Fonte: ResearchGate

Con Foldseek, i ricercatori hanno scoperto una proteina che probabilmente è l'effettore CARF, che hanno chiamato Cat1, la quale ha dimostrato di avere un sistema di attivazione molto preciso.

Questa proteina viene allertata della presenza di un virus da molecole messaggere secondarie chiamate tetraadenilato ciclico, o cA4. Quindi, trasforma la Cat1 in un metabolita essenziale nella cellula, chiamato NAD+.

"Una volta che una quantità sufficiente di NAD+ è stata scissa, la cellula entra in uno stato di arresto della crescita.

Con la funzione cellulare in pausa, il fago non può più propagarsi e diffondersi al resto della popolazione batterica."

Christian Baca – Studente laureato TPCB.

Cosa rivela la struttura di Cat1

Come spesso accade, più si fanno scoperte scientifiche, più sorgono nuove domande.

Studiando la struttura effettiva di Cat1, i ricercatori hanno scoperto che ha una forma strana.

Doppie copie di Cat1 vengono incollate dalla molecola segnale cA4, formando lunghi filamenti in seguito all'infezione virale e intrappolando i metaboliti NAD+ all'interno di tasche molecolari appiccicose. A livello cellulare, inoltre, si formano strutture ancora più complesse.

“I filamenti interagiscono tra loro per formare fasci a spirale trigonale, e questi fasci possono poi espandersi per formare fasci a spirale pentagonale”,

Puja Majumder – Ricercatrice post-dottorato presso il Patel Lab

Fonte: Laboratorio di batteriologia Rockefeller

Questi trucchi antivirali potrebbero funzionare sugli esseri umani?

L'ampia e complessa gamma di capacità antivirali dei sistemi CRISPR nei batteri solleva una domanda: potrebbero funzionare anche per gli esseri umani?

Si tratta ovviamente di un'idea già discussa, soprattutto perché i virus sono ancora forme di infezione molto più difficili da combattere rispetto ai batteri, per i quali gli antibiotici sono (ancora in gran parte) efficaci.

Una di queste possibilità sarebbe l'editing del genoma per curare le infezioni virali croniche come Virus HIV, SARS-CoV-2 e dell'epatiteVirus come Anche il vaiolo e il vaiolo delle scimmie potrebbero forse essere trattati in questo modo.

Questo più elevato livello di comprensione dei sistemi CRISPR potrebbe anche contribuire ad aggiungere funzionalità o a ridurre gli effetti collaterali dell'attuale terapia genica basata su CRISPR, rendendoli uno strumento terapeutico ancora migliore.

Investire nelle tecnologie CRISPR

CRISPR Therapeutics

Ciò che distingue CRISPR Therapeutics a parte, c'è il team di fondatori di altissimo livello, che include la Dott.ssa Emmanuelle Charpentier, la cui ricerca fondamentale ha svelato i meccanismi chiave della tecnologia CRISPR-Cas9.

Ha gettato le basi per l'utilizzo di CRISPR-Cas9 come strumento versatile e preciso per l'editing genetico. Numerosi premi hanno riconosciuto il suo lavoro, tra cui , il Premio Nobel 2020 in medicina e il Breakthrough Prize in Life Science.

CRISPR Therapeutics sta sviluppando una piattaforma di editing genetico CRISPR/Cas9 efficiente e versatile per terapie per il trattamento di emoglobinopatie, cancro, diabete e altre malattie.

La prima terapia che stavano portando avanti era mirando alle malattie del sangue β-talassemia e anemia falciforme.

Ora sono stati approvati con il nome commerciale di Casgevy per entrambe le applicazioni. È in fase di sperimentazione clinica anche il primo programma CAR-T allogenico dell'azienda contro le neoplasie delle cellule B.

Sebbene l’anemia falciforme sia una malattia con un mercato probabilmente piccolo, una volta che la tecnologia sarà matura si potrà avanzare per prendere di mira altri vettori di malattie.

Essendo la prima azienda ad aver approvato una terapia CRISPR, CRISPR Therapeutics è in una buona posizione per essere la prima a generare un flusso di cassa positivo dalla tecnologia e ad ampliarne ulteriormente le applicazioni.

E questo track record stellare renderà probabilmente l’azienda un partner di scelta per qualsiasi altra azienda farmaceutica che voglia recuperare terreno nelle terapie CRISPR.

Ultimissime CRISPR Therapeutics (CSP) Notizie e sviluppi azionari

pernoy Riferito:

^{1. Christian F. Baca et al. Cat1 forma reti di filamenti per degradare il NAD+ durante la risposta antivirale CRISPR-Cas di tipo III. Science, 10 aprile 2025. DOI: 10.1126/science.adv9045}