Microscopia revela mecanismo por trás da nova ferramenta CRISPR – ScienceDaily

Novas pesquisas da Cornell oferecem informações 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, professor Robert J. Appel de biologia molecular e genética na Faculdade de Artes e Ciências, e Stan JJ Brouns da Universidade de Tecnologia de Delft, 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 virais de DNA ou RNA em locais precisos para permitir aplicações poderosas 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 poderiam 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 este para desenvolver muitas aplicações biotecnológicas e terapêuticas, se entendermos todos os aparelhos dentro desta maquinaria.”

O artigo dos pesquisadores sobre o tema, “Craspase é uma protease ativada por RNA e guiada por CRISPR”, foi publicado em 24 de agosto em Ciência. Para este artigo, os pesquisadores usaram instantâneos de microscopia crioeletrônica dos sistemas Craspase para explicar como eles se clivam no RNA alvo e ativam as enzimas protease, que podem quebrar as proteínas.

“Esses instantâneos levam a um filme molecular de alta definição”, disse Ke. “Ao observá-lo de um lado para o outro, sabemos precisamente como a Craspase identifica um alvo de RNA, como isso, por sua vez, ativa a protease, por quanto tempo a atividade persiste e o que acaba desligando a atividade da protease. As ideias começam a surgir, sobre como extrair energia desta plataforma.”

O co-primeiro autor Chunyi Hu, um associado de pós-doutorado no laboratório de Ke, disse que havia um grande interesse no sistema Craspase. “Muita competição. Nós e nossos colaboradores holandeses reunimos nossas forças e trabalhamos dia e noite para resolver o quebra-cabeça”, disse Hu. “O processo tem um potencial empolgante porque a saída da Craspase é a proteína, e não a 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 desvio de alvo”, disse Ke. “Com o 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 a 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 bacterianas que provavelmente as matam 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. “Essa observação revelou o quão profundamente enraizado é esse caminho”.

Além de investigar mais profundamente 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”.

A pesquisa de Ke nesta área foi financiada por doações dos Institutos Nacionais de Saúde e uma Bolsa da Nova Fronteira do Colégio de Artes e Ciências. Ke e Brouns são co-autores correspondentes e Hu e Sam van Beljouw, da Delft University of Technology, na Holanda, são co-primeiros autores na publicação da Science.

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