Cas13

Cas13 هي عائلة من الإنزيمات النووية الداخلية المتماثلة المرتبطة بتقنية CRISPR والتي تستهدف الحمض النووي الريبوزي (RNA) (على عكس Cas9 و Cas12 اللذين يستهدفان الحمض النووي DNA ). يستخدم Cas13 إنزيمًا نوويًا داخليًا واحدًا للارتباط بجزيئات ssRNA محددة وقطعها ، والتي تتطابق تسلسلاتها مع تسلسل الحمض النووي الريبوزي الدليل ( guide RNA ). يؤدي Cas13 وظيفتين متميزتين كإنزيم نووي ريبوزي : معالجة الحمض النووي الريبوزي CRISPR الخاص به (crRNA) وتحفيز قطع الحمض النووي الريبوزي المستهدف. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} تسمح خصوصية هذا النظام بتصحيح الطفرات على مستوى النسخ.

يبقى إنزيم Cas13 مرتبطًا بالهدف ثم يقوم بقطع جزيئات الحمض النووي الريبوزي أحادي السلسلة الأخرى بشكل عشوائي. ^{[ 4 ]} تُستغل خاصية القطع الجانبي هذه في تطوير تقنيات تشخيصية متنوعة. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} وقد استُخدم لإصلاح mRNA الخاص بـ KRAS -G12D بكفاءة في نماذج سرطان البنكرياس مع تقليل التأثيرات على الخلايا السليمة؛ ^{[ 1 ]} وتم تكييفه في أدوات مثل منصة REPAIR، التي تُعدّل قواعد الحمض النووي الريبوزي لعلاج الاضطرابات الوراثية، بما في ذلك متلازمة أشر ، في النماذج الحيوانية؛ واستُخدم في منصات تشخيصية مثل SHERLOCK للكشف عن مسببات الأمراض، والحمض النووي للأورام، والمتغيرات الفيروسية بحساسية عالية. ^{[ 3 ]} إن استهدافه غير المعتمد على PAM وتأثيراته الجانبية المنخفضة تجعله مناسبًا لتصوير الحمض النووي الريبوزي، وهندسة جينوم العاثيات، وتنظيم الجينات المؤقت. ^{[ 2 ]}

في عام 2016، قام باحثون من مجموعة فينغ تشانغ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعهد برود بتوصيف النيوكليازCas13a (سابقا)C2c2 ) من بكتيريا Leptotrichia shahii . ^{[ 8 ]} خاصية الانقسام الجانبي فيه أساسية للعديد من تقنيات التشخيص. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

في عام ٢٠١٨، اكتشف فريق بقيادة سيلفانا كونرمان وباتريك هسو في معهد سالك بروتين Cas13d، وهو فئة فرعية صغيرة من مُؤثرات CRISPR التي تستهدف الحمض النووي الريبوزي (RNA). وقد أظهر مُتغير مُهندس من بروتين Cas13d الخاص ببكتيريا Ruminococcus flavefaciens ، يُسمى CasRx، كفاءةً وخصوصيةً عاليتين في الخلايا البشرية مُقارنةً بتقنية تداخل الحمض النووي الريبوزي (RNAi ) . يُمكن تغليف CasRx في نواقل الفيروسات الغدية المرتبطة (AAV) لهندسة النسخ الجيني والعلاج الجيني . ^{[ ١٢ ]}

في عام 2021، قام الباحثون بتوصيف متغيرات بروتين Cas13 المصغرة، Cas13X وCas13Y. وأظهرت الدراسات التي استخدمت تسلسل جين N لفيروس SARS-CoV-2 كهدف أن mCas13، عند اقترانه بتقنية RT-LAMP ، كشف عن فيروس SARS-CoV-2 في عينات اصطناعية وسريرية بحساسية ونوعية عاليتين ، تضاهي تقنية RT-qPCR . ^{[ 13 ]}

تم تطوير Cas13 ليعمل كمحرر للحمض النووي الريبوزي (RNA) قادر على تصحيح الطفرات دون تعديل الحمض النووي (DNA). يستخدم نظام REPAIR إنزيم Cas13 غير النشط تحفيزيًا (dCas13) الذي يرتبط بالحمض النووي الريبوزي المستهدف دون قطعه. يُدمج هذا الإنزيم dCas13 مع النطاق التحفيزي لإنزيم ADAR2 ، وهو إنزيم يحول الأدينوزين (A) إلى إينوزين (I)، والذي تفسره الآلية الخلوية على أنه غوانوزين (G). يمكن توجيه هذا المركب إلى مواقع محددة في الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) لتصحيح الطفرات المسببة للأمراض . ^{[ 14 ]}

أظهر نظام REPAIR، عند دمجه مع نسخة عالية الدقة من ADAR2، قدرته على تعديل الجينات المستهدفة بأقل قدر من التأثيرات الجانبية . في نماذج الفئران المصابة بمتلازمة أشر ، نجح نظام dCas13–ADAR، الذي تم إيصاله عبر نواقل فيروسية ، في استعادة مستويات بروتين أشر ، وتصحيح النسخ المعيبة، وتحسين الرؤية. تشير هذه النتائج إلى أن تعديل الحمض النووي الريبوزي (RNA) بواسطة Cas13 قد يُوفر نهجًا فعالًا لعلاج الاضطرابات الوراثية. ^{[ 15 ]}

أدت التحسينات الإضافية إلى تطوير Cas13b "الخامل"، الذي يحتفظ بقدراته على الارتباط ولكنه يفتقر إلى نشاط القطع. وبالاقتران مع جزيء RNA موجّه يتضمن عدم تطابق محدد من الأدينين إلى السيتوزين في الموقع المستهدف، يوجّه هذا النظام إنزيم ADAR2 لتعديل قاعدة واحدة. وقد أظهرت الاختبارات الأولية على الخلايا البشرية تعديلًا موثوقًا به ضمن نطاق 30 نيوكليوتيدًا بدقة عالية. ^{[ 16 ]}

• شركة ماموث للعلوم البيولوجية
• شركة شيرلوك للعلوم البيولوجية