CRISPR/Casシステムは、そのシンプルさ、プログラム可能性、および高い効率をベースに、腫瘍マーカーの早期検出、ウイルス検出、分子論理回路への応用を可能にするシグナル伝達システムの実現に利用され、バイオセンシングを革新しました。しかし、CRISPR/Casベースのシグナル伝達システムは、各Casタンパク質の活性化メカニズムに依存するが故に、多様な入力タイプとの互換性が限られ、ひいては多用途性が限定されています。
華中科技大学の研究チームが今回、Cas12aとCas13a、それぞれ独自の酵素活性を統合したターゲティングシステムを構築し、CACIT（Cas12a and Cas13a Integrated Targeting）として、Nucleic Acids Research 誌刊行論文から紹介しています。
CACITは、DNAおよびRNA鎖置換反応を利用して、単一の活性化因子入力でCas12aとCas13aを同時に活性化する多用途プラットフォームです。すなわち、4本鎖トーホールド媒介鎖置換（Four-stranded toehold-mediated strand displacement）反応を利用して、両方のCasタンパク質を同期的に活性化し、それらのトランス切断活性によってシグナルを増幅します。下図左は、グラフィカルアブストラクトから引用したシステムの全体像で、下図右は、Figure 2 (A) から引用した4本鎖トーホールド媒介鎖置換の過程を示している図です。
CACITの多用途性は以下のとおりです：
- DNA中の一塩基多型（SNV）検出の検出において優れた感度と特異性を示します。
- RNAを活性化因子として利用することで、SARS-CoV-2 RNAおよびHBV薬剤耐性RNA変異の精密な検出が可能になります。
- 機械学習の原理を活用して、CACITフレームワーク内で堅牢な濃度応答モデルを開発し、多様なDNAおよびRNA入力条件における活性化レベルを正確に予測できます。
- 入力シグナルとしてのDNAおよびRNAの有効性を確認した後、鎖置換反応の固有の調整可能性を利用して、最適化することで、さまざまな論理演算を実行する反応プラットフォームとして利用できます。
CACITシステムは、調整機能、入力としてDNAとRNAの双方に対応、そして高い感度を備えているため、突然変異検出、濃度応答モデリング、分子論理演算などの用途において大きな可能性を秘めています。さらに、CACITシステムは多様な分子ツールとの統合にも適しており、Cas12aとCas13aの効率性と特異性を活用することで、分子診断、論理回路、細胞内イメージングなどの分野における応用を促進して行きます。
[出典] "Development of a multifunctional nucleic acid response platform utilizing the Cas12a and Cas13a integrated targeting system" Jingcong Zhou (1,3), Wenzheng Liu (1,3), Xiaoqi Nie (2), Xiaoxiang Wang (1), Yibo Hu (1), Changqing Wan (1), Yangwei Liao (1,4), Shutao Pan (1,4). Nucleic Acids Res. 2026-06-04/06-10. https://doi.org/10.1093/nar/gkag567
- Division of Hepato-Pancreato-Biliary Surgery, Tongji Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science & Technology, Wuhan, Hubei 430030, China
- Department of Dermatology, Tongji Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, Hubei 430030,China
- These authors contribute equally.
- Corresponding authors
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