За последние годы научное сообщество достигло значительных успехов в области редактирования генов, в частности, благодаря разработке систем CRISPR (короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами). В 2020 году Нобелевская премия по химии была присуждена ученым за открытие системы CRISPR–Cas9, революционной технологии редактирования генома, которая продвинула вперед ДНК-терапию. Впоследствии система CRISPR–Cas13 появилась как потенциальный инструмент для выявления и исправления ошибок в последовательностях РНК. CRISPR–Cas13 — это новая технология, специально разработанная для обнаружения вирусов и РНК-таргетной терапии. CRISPR РНК (CrRNA) нацелена на специфические и неспецифические последовательности РНК, а Cas13 — это эффекторный белок, который претерпевает конформационные изменения и расщепляет целевую РНК. Эта РНК-таргетная система имеет огромные перспективы для терапии и представляет собой революционный инструмент в ландшафте молекулярной биологии.
Теперь, в недавно опубликованном Исследование BioDesign, группа исследователей под руководством профессора Юань Яо из Глобального научно-технологического инновационного центра ZJU-Hangzhou, Чжэцзянского университета, Китай, прояснила последние тенденции исследований CRISPR–Cas13 в РНК-таргетной терапии. Говоря об этой статье, опубликованной онлайн 6 сентября 2024 года в 6-м томе журнала, профессор Яо говорит: «Сосредоточившись на РНК — посреднике между ДНК и белками — CRISPR-Cas13 позволяет ученым временно манипулировать экспрессией генов, не вызывая постоянных изменений в геноме. Эта гибкость делает его более безопасным вариантом в сценариях, где стабильность генома имеет решающее значение».
РНК играет центральную роль в переносе генетической информации от ДНК к белок-синтезирующему аппарату, а также регулирует экспрессию генов и участвует в многочисленных клеточных процессах. Дефекты сплайсинга РНК или мутации могут привести к широкому спектру заболеваний, от метаболических нарушений до рака. Точечная мутация происходит, когда один нуклеотид ошибочно вставляется, удаляется или изменяется. CRISPR–Cas13 играет роль в выявлении и исправлении этих мутаций, используя механизмы REPAIR (редактирование РНК для программируемой замены A на I) и RESCUE (редактирование РНК для специфического обмена C на U). Объясняя применение редакторов генов на основе Cas13, Профессор Яо добавляет: «Например, редактор mxABE может быть использован для исправления бессмысленной мутации, связанной с мышечной дистрофией Дюшенна, которую можно исправить с помощью mxABE. Этот подход доказал высокую эффективность редактирования, восстановив экспрессию дистрофина до уровней более 50% от таковых у дикого типа».
CRISPR–Cas13 может исправлять необычные события сплайсинга. Деметилаза — это фермент, который играет решающую роль в посттранскрипционной модификации (PTM), процессе, который происходит после транскрипции и предшествует производству белка. Использование знаний о событиях сплайсинга и понимание роли деметилаз с помощью CRISPR–Cas13 может помочь ученым разработать целевые и персонализированные методы лечения. Аналогичным образом, механизм CRISPR–Cas13 может применяться для изменения, повышения или понижения регуляции трансляции. «Одним из самых значительных последних достижений в области CRISPR-Cas13 является интеграция искусственного интеллекта (ИИ) для повышения его точности и эффективности», — говорит профессор Яо..
Успех инструментов CRISPR, нацеленных на РНК, зависит от множества факторов, включая последовательность направляющей РНК, доступность целевой РНК и вторичную структуру молекулы РНК. Система CRISPR–Cas13 имеет широкое клиническое применение, например, диагностика РНК-вирусов, визуализация РНК, редактирование оснований РНК, редактирование эпигенома РНК и терапевтические вмешательства. Нецелевое использование CRISPR–Cas13 и большой размер механизма доставки — вот некоторые из клинических препятствий, замедляющих его клиническое внедрение. Но объединение молекулярных методов с ИИ может повысить эффективность. Алгоритмы ИИ обладают способностью предсказывать и оптимизировать результаты доставки CRISPR–Cas13.
Двигаясь дальше, системы CRISPR–Cas13, вероятно, продолжат свою быструю эволюцию. По мере того, как исследователи совершенствуют технологию, появляется потенциал для ее использования в еще более широком спектре терапевтических приложений, от противовирусных методов лечения, таких как нацеливание на SARS-CoV-2, до подходов персонализированной медицины для генетических заболеваний.
Наконец, появление CRISPR–Cas13, несомненно, произвело революцию в редактировании РНК, предложив мощный инструмент для решения некоторых из самых сложных заболеваний нашего времени. Будем надеяться, что с продолжающимися улучшениями в специфичности, доставке и интеграции ИИ, CRISPR–Cas13 сможет проложить путь к новой эре РНК-таргетной терапии.
