CRISPR Cas12a3-immagine:
In tutti gli ambiti della vita, le difese immunitarie contrastano i virus invasori rendendone impossibile la replicazione. La maggior parte dei sistemi CRISPR noti prende di mira il DNA dei patogeni invasori e lo frammenta per disattivare e modificare i geni, prevenendo le infezioni sul nascere (cellularmente).
Il chimico Ryan Jackson della Utah State University e i suoi studenti, studiano due sistemi CRISPR (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) meno noti, Cas12a2 e Cas12a3. A differenza del più noto CRISPR-Cas9, che utilizza un RNA guida per localizzare una sequenza specifica di DNA, Cas12a2 e Cas12a3 prendono di mira direttamente l’RNA.
“Ci concentriamo molto sulla ricerca di base per comprendere la struttura e la funzione dei sistemi CRISPR che studiamo e per aiutare i ricercatori di tutto il mondo a superare i colli di bottiglia che consentono loro di perseguire applicazioni terapeutiche“, dice Jackson, R. Gaurth Hansen, Professore associato presso il Dipartimento di chimica e biochimica dell’USU.
Insieme al dottorando Kadin Crosby e allo studente magistrale Bamidele Filani, Jackson, insieme ai suoi collaboratori in Europa, Hansen ha pubblicato le nuove scoperte su CRISPR-Cas12a3 nel numero del 7 gennaio 2026 della rivista Nature. Queste scoperte potrebbero portare a strumenti diagnostici più efficienti e accurati per rilevare rapidamente le infezioni da COVID, influenza e RSV, singolarmente o in combinazione, con un singolo test, in un singolo paziente.
“Invece di creare una singola interruzione nel bersaglio legato, come fa Cas9 con il DNA, il legame del bersaglio all’RNA da parte di Cas12a2 e Cas12a3 modifica la forma di una proteina in modo da attivarle per tagliare ripetutamente un altro bersaglio di acido nucleico“, afferma. “Quando attivata, Cas12a2 scinde indiscriminatamente il DNA, distruggendo tutto il DNA virale, ma uccidendo collateralmente anche la cellula ospite. Al contrario, Cas12a3 scinde gli acidi ribonucleici di trasferimento, noti come tRNA, bloccando la produzione di proteine virali, risparmiando il DNA delle cellule ospiti”.
Quest’ultima capacità consente a Cas12a3 di colpire il tRNA in modo molto preciso. Jackson e il suo team stanno cercando di sfruttare questa capacità per rilevare e colpire specifici agenti patogeni.
“Il tRNA è il fulcro della sintesi proteica”, afferma Jackson. “Funziona come un dispositivo di traduzione in grado di leggere il codice sull’RNA e fungere da ponte molecolare per collegare quel codice all’amminoacido corretto e consentire la produzione di proteine“.
Cas12a3 ha la capacità di disattivare la capacità di traduzione del tRNA.
“Cas12a3 può bloccare sul nascere la produzione proteica tagliando una regione specifica del tRNA, chiamata ‘coda’, che contiene l’amminoacido”, afferma. “Questo è un modo molto potente e preciso per impedire a un agente patogeno, incluso un virus, di replicarsi in una cellula, senza danneggiarne il DNA.”
Jackson afferma che la capacità di Cas12a3 di scindere le code del tRNA è una risposta immunitaria CRISPR scoperta di recente.
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“Riteniamo che riuscire a fermare un agente patogeno invasore, lasciando inalterato il DNA, potrebbe rappresentare una svolta terapeutica”, afferma. “Studiando questi sistemi, stiamo anche scoprendo l’enorme diversità funzionale di questi meccanismi di difesa batterica”.
Jackson aggiunge che Crosby e Filani hanno avuto un ruolo fondamentale nella scoperta e nella definizione delle funzioni specifiche di Cas12a3 e nella determinazione della sua capacità di fungere da strumento diagnostico.
Astratto
“In tutti i domini della vita, i tRNA mediano il trasferimento delle informazioni genetiche dagli mRNA alle proteine. Poiché la loro deplezione sopprime la traduzione e, di conseguenza, la replicazione virale, i tRNA rappresentano bersagli di lunga data e sempre più riconosciuti dell’immunità innata. Qui riportiamo le nucleasi effettrici Cas12a3 dei sistemi immunitari adattativi CRISPR-Cas di tipo V in batteri che scindono preferenzialmente i tRNA dopo il riconoscimento dell’RNA bersaglio. Gli ortologhi di Cas12a3 appartengono a uno dei due cladi di nucleasi precedentemente non segnalati che mostrano il clivaggio mediato da RNA di RNA non bersaglio e sono distinti da tutti gli altri sistemi di tipo V noti. Attraverso saggi cellulari e biochimici e sequenziamento diretto dell’RNA, dimostriamo che il riconoscimento di un RNA bersaglio complementare da parte dell’RNA CRISPR induce Cas12a3 a scindere la coda 5′-CCA-3′ conservata di diversi tRNA per indurre l’arresto della crescita e la difesa antifagica. Le strutture di microscopia elettronica criogenica hanno inoltre rivelato un distinto dominio di caricamento del tRNA che posiziona la coda del tRNA nel sito attivo RuvC della nucleasi. Progettando reporter sintetici che imitano lo stelo e la coda dell’accettore del tRNA, abbiamo ampliato la capacità degli attuali sistemi diagnostici basati su CRISPR per il rilevamento di RNA multiplex. Nel complesso, questi risultati rivelano l’inattivazione diffusa del tRNA come una strategia immunitaria basata su CRISPR precedentemente non riconosciuta, che amplia lo spazio di applicazione degli strumenti CRISPR esistenti”.
Tra i collaboratori dello studio figurano Chase Beisel dell’Istituto Helmholtz per la ricerca sulle infezioni basate sull’RNA di Würzburg in Germania e Dirk Heinz dell’Helmholtz Center for Infection Research di Braunschweig, insieme a ricercatori dell’Università Jagellonica in Polonia, dell’Università di Strasburgo in Francia, della Freie Universität in Germania, del Robert Koch Institute in Germania, dell’Università di Medicina Veterinaria in Austria e dell’Istituto di Scienza e Tecnologia in Austria.
La ricerca di Jackson e dei suoi studenti è sostenuta dalla R. Gaurth Hansen Family e dai National Institutes of Health.