Craspase: un nuevo “CRISPR – Cas System” más seguro que edita tanto genes como proteínas  

Los sistemas CRISPR-Cas en bacterias y virus identifican y destruyen secuencias virales invasoras. Constituyen el sistema inmunitario bacteriano y arqueal para la protección contra infecciones virales. En 2012, el sistema CRISPR-Cas fue reconocido como una herramienta de edición genómica . Desde entonces, se han desarrollado diversos sistemas CRISPR-Cas que han encontrado aplicaciones en áreas como la terapia génica, el diagnóstico, la investigación y la mejora de cultivos. Sin embargo, los sistemas CRISPR-Cas disponibles actualmente tienen un uso clínico limitado debido a la frecuente aparición de edición fuera de objetivo, mutaciones de ADN inesperadas y problemas hereditarios. Recientemente, investigadores han informado sobre un nuevo sistema CRISPR-Cas capaz de dirigirse y destruir ARNm y proteínas asociadas a diferentes enfermedades genéticas con mayor precisión, sin impacto fuera de objetivo ni problemas hereditarios. Denominado Craspase, es el primer sistema CRISPR-Cas que muestra función de edición de proteínas . También es el primer sistema capaz de editar tanto ARN como proteínas . Dado que Craspase supera muchas de las limitaciones de los sistemas CRISPR-Cas existentes, tiene el potencial de revolucionar la terapia génica, el diagnóstico y la monitorización, la investigación biomédica y la mejora de los cultivos.

El sistema CRISPR-Cas es el sistema inmunitario natural de las bacterias y arqueas contra las infecciones virales. Este sistema identifica, se une y degrada las secuencias del gen viral para protegerlas. Consta de dos partes: el ARN bacteriano transcrito a partir del gen viral incorporado al genoma bacteriano tras la primera infección (denominado CRISPR, que identifica las secuencias diana de los genes virales invasores) y una proteína destructora asociada llamada proteína asociada a CRISPR (Cas), que se une y degrada las secuencias identificadas en el gen viral para proteger a las bacterias contra los virus.

CRISPER son las siglas de “repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y espaciadas regularmente”. Se trata de ARN bacteriano transcrito caracterizado por repeticiones palindrómicas.

Las repeticiones palindrómicas (CRISPR) se descubrieron por primera vez en las secuencias de E. coli en 1987. En 1995, Francisco Mojica observó estructuras similares en arqueas, y fue él quien las consideró por primera vez como parte del sistema inmunitario de bacterias y arqueas. En 2008, se demostró experimentalmente por primera vez que el objetivo del sistema inmunitario de bacterias y arqueas era el ADN extraño y no el ARNm. El mecanismo de identificación y degradación de secuencias virales sugirió que dichos sistemas podrían usarse como herramienta para la edición del genoma . Desde su reconocimiento como herramienta de edición del genoma en 2012, el sistema CRISPR-Cas ha recorrido un largo camino como un sistema de edición genética estándar firmemente establecido y ha encontrado una amplia gama de aplicaciones en biomedicina, agricultura, industria farmacéutica, incluyendo la terapia génica clínica ^1,2.

Ya se han identificado y están disponibles diversos sistemas CRISPR -Cas para el monitoreo y la edición de secuencias de ADN/ARN en investigación, cribado de fármacos, diagnóstico y tratamientos. Los sistemas CRISPR/Cas actuales se dividen en dos clases (Clase 1 y 2) y seis tipos (Tipo I a XI). Los sistemas de Clase 1 poseen múltiples proteínas Cas que necesitan formar un complejo funcional para unirse y actuar sobre sus dianas. Por otro lado, los sistemas de Clase 2 cuentan con una única proteína Cas de gran tamaño para la unión y degradación de secuencias diana, lo que facilita su uso. Los sistemas de Clase 2 más utilizados son Cas 9 Tipo II, Cas13 Tipo VI y Cas12 Tipo V. Estos sistemas pueden presentar efectos secundarios indeseados, como impacto fuera de la diana y citotoxicidad ^3,5.

Las terapias génicas basadas en los sistemas CRISPR-Cas actuales tienen un uso clínico limitado debido a la frecuente aparición de edición fuera del objetivo, mutaciones inesperadas del ADN, incluidas grandes deleciones de fragmentos de ADN y grandes variantes estructurales del ADN tanto en sitios objetivo como fuera del objetivo, lo que provoca la muerte celular y otros problemas hereditarios.

Craspasa (o caspasa guiada por CRISPR)  

Recientemente, investigadores han descrito un novedoso sistema CRISPR-Cas, un sistema Cas7-11 de tipo III-E de clase 2 asociado a una proteína similar a la caspasa, denominado Craspasa o caspasa ⁵ guiada por CRISPR (las caspasas son proteasas de cisteína que desempeñan un papel clave en la apoptosis, degradando las estructuras celulares). Este sistema tiene aplicaciones potenciales en áreas como la terapia génica y el diagnóstico. La Craspasa se guía y se dirige al ARN, sin interactuar con las secuencias de ADN. Puede dirigirse y destruir el ARNm y las proteínas asociadas a diversas enfermedades genéticas con mayor precisión y sin efectos fuera de objetivo. De este modo, es posible la eliminación de genes asociados a enfermedades mediante la escisión a nivel de ARNm o proteína. Además, al unirse a una enzima específica, la Craspasa también puede utilizarse para modificar las funciones de las proteínas. Cuando se eliminan sus funciones de ARNasa y proteasa, la Craspasa se desactiva (dCraspasa). En este caso, no tiene función de corte, pero se une a secuencias de ARN y proteínas. Por lo tanto, la dCraspasa puede utilizarse en diagnósticos e imágenes para monitorizar y diagnosticar enfermedades o virus.

Craspasa es el primer sistema CRISPR-Cas que demuestra capacidad de edición de proteínas. Además, es el primer sistema capaz de editar tanto ARN como proteínas. Su función de edición genética presenta mínimos efectos fuera de objetivo y no genera problemas hereditarios. Por lo tanto, es probable que Craspasa sea más segura para uso clínico y terapéutico que otros sistemas CRISPR-Cas disponibles actualmente . ^{^4,5}

Debido a que Craspase supera muchas limitaciones de los sistemas CRISPR-Cas existentes, tiene potencial para revolucionar la terapia génica, el diagnóstico y el control, la investigación biomédica y la mejora de cultivos. Se necesita más investigación para desarrollar un sistema de administración fiable que se dirija con precisión a los genes que causan enfermedades en las células antes de demostrar la seguridad y la eficacia en los ensayos clínicos.   

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Referencias:  

1. Gostimskaya, I. CRISPR–Cas9: una historia de su descubrimiento y consideraciones éticas de su uso en la edición del genoma. Bioquímica Moscú 87, 777–788 (2022). https://doi.org/10.1134/S0006297922080090  

2. chao li et al 2022. Herramientas y recursos computacionales para la edición del genoma CRISPR/Cas. Genómica, Proteómica y Bioinformática. Disponible en línea el 24 de marzo de 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gpb.2022.02.006 

3. van Beljouw, SPB, Sanders, J., Rodríguez-Molina, A. et al. Sistemas CRISPR-Cas dirigidos a ARN. Nat Rev Microbiol 21, 21–34 (2023). https://doi.org/10.1038/s41579-022-00793-y 

4. chunyi hu et al 2022. Craspase es una proteasa activada por ARN guiada por ARN CRISPR. Ciencia. 25 de agosto de 2022. Vol 377, número 6612. págs. 1278-1285. DOI: https://doi.org/10.1126/science.add5064  

5. Huo, G., Shepherd, J. y Pan, X. Craspase: un nuevo editor de genes duales CRISPR/Cas. Genómica funcional e integradora 23, 98 (2023). Publicado: 23 de marzo de 2023. DOI: https://doi.org/10.1007/s10142-023-01024-0 

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