Novas pesquisas de Cornell oferecem insights sobre uma linha de sistemas CRISPR, que podem levar a ferramentas antivirais e de engenharia de tecidos promissoras em animais e plantas.
A pesquisa de Ailong Ke, Robert J. Appel Professor de biologia molecular e genética na Faculdade de Artes e Ciências, e Stan J.J. Brouns, da Delft University of Technology, na Holanda, concentra-se em um sistema de Caspase guiado por RNA CRISPR recém-descoberto, também conhecido como Craspase.

Os sistemas CRISPR-Cas são nucleases guiadas por RNA em bactérias que clivam alvos de DNA ou RNA viral em locais precisos para permitir aplicativos poderosos de edição de genoma. As caspases são uma família de proteases que controlam a morte celular programada em animais, incluindo humanos. Uma descoberta recente de que proteínas semelhantes a caspases podem se associar ao CRISPR-Cas eletrizou a comunidade científica. Essas caspases guiadas por CRISPR receberam um novo nome, Craspase.

"Por um lado, essa associação foi totalmente inesperada e aponta para novos modos de ação antiviral em bactérias", disse Ke. "Por outro lado, poderíamos usar um sistema como esse para desenvolver muitas aplicações biotecnológicas e terapêuticas, se entendermos todos os dispositivos dentro desse maquinário."

O artigo dos pesquisadores sobre o tema "Craspase é uma protease ativada por RNA guiada por RNA CRISPR", foi publicado em 24 de agosto na revista Science . Para este artigo, os pesquisadores usaram instantâneos de microscopia crioeletrônica dos sistemas Craspase para explicar como eles se clivam para atingir o RNA e ativar as enzimas protease, que podem quebrar a proteína.

"Esses instantâneos levam a um filme molecular de alta definição", disse Ke. "Observando-o para frente e para trás, sabemos exatamente como Craspase identifica um alvo de RNA, como isso ativa a protease, quanto tempo a atividade persiste e o que eventualmente desliga a atividade da protease. extrair energia desta plataforma."

O co-primeiro autor Chunyi Hu, associado de pós-doutorado no laboratório de Ke, disse que havia um enorme interesse no sistema Craspase. "Muita competição. Nós e nossos colaboradores holandeses unimos nossas forças e trabalhamos dia e noite para resolver o quebra-cabeça", disse Hu. "O processo tem um potencial excitante porque a saída de Craspase é proteína em vez de degradação do DNA."

“Com outras tecnologias CRISPR, preocupa-se se as enzimas que usamos para editar nosso DNA são seguras o suficiente, se pode haver danos colaterais ou alvos fora do alvo”, disse Ke. "Com Craspase, podemos alcançar muitos dos mesmos resultados terapêuticos benéficos sem nos preocuparmos com a segurança do nosso genoma".

O trabalho relatado no artigo também ajuda os pesquisadores a entender o que Craspase faz dentro das células das bactérias, disse Ke. "O trabalho de nossos colaboradores mostrou que é como um interruptor mestre - a clivagem proteolítica desencadeia uma cascata de eventos nas células das bactérias que provavelmente as mata eventualmente", disse Ke. "Temos uma resposta parcial neste estudo. Ainda estamos investigando."

Esta pesquisa recente também ajudará os cientistas a entender as semelhanças entre a morte celular programada nas vias celulares humanas e o mesmo processo nas vias celulares bacterianas.

"Percebemos que o mesmo conjunto de proteases (caspases) está controlando as vias de morte celular programada em ambos os reinos da vida", disse Ke. "Esta observação revelou o quão profundamente enraizado é este caminho."

Além de aprofundar o lado funcional desse processo, disse Ke, a equipe passará para o lado da aplicação, que pode incluir engenharia de tecidos em animais e engenharia agrícola. "Espero que mais investigadores apreciem o potencial deste sistema e participem", disse Ke. “Todos nós pensamos na nuclease guiada por CRISPR como uma ferramenta para curar doenças genéticas, mas as proteases guiadas por CRISPR podem ter impactos para a biologia de uma maneira muito mais ampla”. + Explorar mais

A descoberta oferece um ponto de partida para melhores ferramentas de edição de genes