Forscher des Agharkar Research Institute haben in einer Übersichtsarbeit die Erweiterung des CRISPR/Cas-Systems für Anwendungen in der Proteomik und Theranostik dargestellt. Die Technologie, die aus einem bakteriellen Abwehrsystem stammt, ermöglicht präzise Genomeditierung und geht über ihre ursprüngliche Rolle hinaus. Sie dient der Untersuchung von Proteininteraktionen, der Entwicklung biologischer Modelle und der Therapie genetischer Erkrankungen.
Das CRISPR/Cas-System basiert auf einer Leit-RNA und dem Endonuklease Cas, die gezielt DNA-Schnitte erzeugen. Diese Schnitte werden durch Reparaturmechanismen wie nicht-homologes End-Joining oder homologe gerichtete Reparatur behoben, was zu Insertionen, Deletionen oder Substitutionen führt. Varianten wie SpCas9-NG, Base-Editoren, Cas12a, Cas13 und Cas14 erweitern die Möglichkeiten. Cas9-Nickasen erzeugen Einzelstrangbrüche, um Off-Target-Effekte zu reduzieren.
In der Proteomik ermöglicht CRISPR die Untersuchung von Protein-Protein-Interaktionen durch endogene Markierung und Affinitätsreinigung. Techniken wie enChIP isolieren genomische Regionen und identifizieren assoziierte Proteine. Proximity-Labeling-Methoden wie CasID und C-BERST kartieren Interaktionen an spezifischen Loci. Protein-Chromatin-Interaktionen werden durch dCas9-Fusionen mit Epigenom-Editoren analysiert, um Genexpression zu modulieren. Biologische Modelle entstehen durch Knockouts und Knock-ins in Organismen wie Mäusen, Fruchtfliegen und Zebrafischen, um Proteinfunktionen zu klären.
In der Theranostik dient CRISPR der Diagnose durch Detektion genetischer Mutationen in Krebs oder Viren. Biosensoren erkennen Biomarker wie microRNAs oder Punktmutationen mit hoher Sensitivität. Imaging-Techniken wie CASFISH visualisieren genomische Loci in Zellen. In der Drug Discovery identifizieren Screens drogbare Ziele und Resistenzgene. Gene Therapy korrigiert Mutationen in Erkrankungen wie Sichelzellanämie oder Hypercholesterinämie. Epigenetische Editierung aktiviert Gene durch Histonmodifikationen oder Demethylierung.
Herausforderungen umfassen Off-Target-Effekte, begrenzte Delivery-Effizienz und Immunogenität. Strategien zur Milderung beinhalten Nickasen, Anti-CRISPR-Proteine und AI-gestützte Design-Tools. Delivery-Systeme wie Lipid-Nanopartikel, Exosomen und DNA-Origami-Strukturen verbessern die Zielgenauigkeit. Miniaturisierte Cas-Varianten erleichtern die Verpackung. Hybride Nanoplattformen optimieren Bioverfügbarkeit und reduzieren Toxizität.
Zukünftige Perspektiven sehen CRISPR in der gezielten Proteinabbau, Modifikation und Diagnostik. Kombiniert mit Massenspektrometrie könnte es Proteomik vorantreiben. In der Therapie versprechen personalisierte Ansätze Fortschritte bei genetischen Störungen. Ethische Aspekte wie Keimbahn-Editierung und Zugänglichkeit erfordern Regulierung.
Quelle: Punde A, Dey S, Pandire R, Bhattacharjee A, Patra C. Expanding the CRISPR/Cas toolkit: applications in proteomics and theranostics. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2025; doi:10.3389/fbioe.2025.1713700
