Una nuova ricerca di Cornell offre approfondimenti su una linea di sistemi CRISPR, che potrebbero portare a promettenti strumenti di ingegneria antivirali e tissutali in animali e piante.

La ricerca di Ailong Ke, il Professor Robert J. Appel di biologia molecolare e genetica al College of Arts and Sciences, e Stan J.J. Brouns presso la Delft University of Technology nei Paesi Bassi, si concentra su un sistema di caspasi CRISPR guidato da RNA di recente scoperta, altrimenti noto come Craspase.

I sistemi CRISPR-Cas sono nucleasi guidate dall'RNA nei batteri che scindono il DNA virale o gli obiettivi dell'RNA in posizioni precise per consentire potenti applicazioni di modifica del genoma. Le caspasi sono una famiglia di proteasi che controllano la morte cellulare programmata negli animali, compreso l'uomo. Una recente scoperta che le proteine ​​simili alla caspasi potrebbero associarsi con CRISPR-Cas ha elettrizzato la comunità scientifica. A tali caspasi guidate da CRISPR è stato assegnato un nuovo nome, Craspase.

"Da un lato, questa associazione era del tutto inaspettata e indica nuove modalità di azione antivirale nei batteri", ha detto Ke. "D'altra parte, potremmo utilizzare un sistema come questo per sviluppare molte applicazioni biotecnologiche e terapeutiche, se comprendessimo tutti gli aggeggi all'interno di questo macchinario."

Il documento dei ricercatori sull'argomento "Craspase is a CRISPR RNA-guided, RNA-activated protease", è stato pubblicato il 24 agosto su Science . Per questo documento, i ricercatori hanno utilizzato istantanee di microscopia crioelettronica dei sistemi Craspase per spiegare come si scindono per colpire l'RNA e attivare gli enzimi proteasi, che possono scomporre le proteine.

"Queste istantanee portano a un film molecolare ad alta definizione", ha detto Ke. "Osservandolo avanti e indietro, sappiamo esattamente come Craspase identifica un target di RNA, come questo a sua volta attiva la proteasi, per quanto tempo persiste l'attività e cosa alla fine interrompe l'attività della proteasi. Cominciano a piovere idee su come trarre energia da questa piattaforma."

Il co-primo autore Chunyi Hu, un associato post-dottorato nel laboratorio di Ke, ha affermato che c'era un enorme interesse per il sistema Craspase. "Molta concorrenza. Noi e i nostri collaboratori olandesi abbiamo unito le nostre forze e abbiamo lavorato giorno e notte per risolvere il puzzle", ha detto Hu. "Il processo ha un potenziale entusiasmante perché l'output di Craspase è costituito da proteine ​​​​piuttosto che dalla degradazione del DNA".

"Con altre tecnologie CRISPR, ci si preoccupa se gli enzimi che utilizziamo per modificare il nostro DNA sono abbastanza sicuri, se potrebbero esserci danni collaterali o fuori bersaglio", ha detto Ke. "Con Craspase, possiamo ottenere molti degli stessi benefici terapeutici senza preoccuparci della sicurezza del nostro genoma."

Il lavoro riportato nel documento aiuta anche i ricercatori a capire cosa fa Craspase all'interno delle cellule batteriche, ha detto Ke. "Il lavoro dei nostri collaboratori ha dimostrato che è come un interruttore generale:la scissione proteolitica innesca una cascata di eventi nelle cellule dei batteri che probabilmente alla fine li uccide", ha detto Ke. "Abbiamo una risposta parziale in questo studio. Stiamo ancora indagando."

Questa recente ricerca aiuterà anche gli scienziati a comprendere le somiglianze tra la morte cellulare programmata nei percorsi delle cellule umane e lo stesso processo nei percorsi delle cellule batteriche.

"Ci rendiamo conto che lo stesso insieme di proteasi (caspasi) controlla i percorsi di morte cellulare programmata in entrambi i regni della vita", ha detto Ke. "Questa osservazione ha rivelato quanto sia radicato questo percorso."

Oltre a sondare più a fondo il lato funzionale di questo processo, ha affermato Ke, il team passerà al lato applicativo, che potrebbe includere l'ingegneria dei tessuti negli animali e l'ingegneria agricola. "Spero che più investigatori apprezzeranno il potenziale di questo sistema e si uniranno", ha detto Ke. "Pensiamo tutti alla nucleasi guidata da CRISPR come uno strumento per curare le malattie genetiche, ma le proteasi guidate da CRISPR potrebbero avere un impatto sulla biologia in un modo molto più ampio". + Esplora ulteriormente

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