JP7429057B2 - Methods and compositions for sequences that guide CAS9 targeting - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 2014年10月16日、下記のウエブサイトにて公開 http://www.cell.com http://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(14)00751-5Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act Published on the following website on October 16, 2014: http://www. cell. com http://www. cell. com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(14)00751-5
[優先権の陳述]
本出願は、2014年1月24日に出願された米国仮出願第61/931,515号の、合衆国法典第35巻第119条(e)の下での利益を主張し、その内容全体は、参照により本明細書中に援用される。
[本発明の分野]
本発明は、合成CRISPR-casシステムおよびゲノム編成のためのその使用方法に関する。
[Statement of priority]
This application claims the benefit under 35 U.S.C. 119(e) of U.S. Provisional Application No. 61/931,515, filed January 24, 2014, the entire contents of which are: , incorporated herein by reference.
[Field of the invention]
The present invention relates to a synthetic CRISPR-cas system and its use for genome organization.
Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats(CRISPR)は、関連配列(cas)と組み合わせて、CRISPR-Casシステムを構成し、多くの細菌において適応免疫を与える。CRISPRが仲介する免疫付与は、プラスミドおよびファージなどの侵襲性遺伝因子由来のDNAの、新規の「スペーサー」としての取り込みを介して生じる。 Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR), in combination with associated sequences (cas), constitute the CRISPR-Cas system, which confers adaptive immunity in many bacteria. CRISPR-mediated immunization occurs through the incorporation of DNA from invasive genetic elements such as plasmids and phages as a novel "spacer."
CRISPR-Casシステムは、超可変配列により隔てられた短いDNAリピートのアレイからなり、cas遺伝子が隣接し、配列特異的ターゲッティングおよび干渉を介して、ファージおよびプラスミドなどの侵襲性遺伝因子に対する適応免疫を提供する(Barrangou et al.2007.Science.315:1709-1712;Brouns et al.2008.Science 321:960-4;Horvath and Barrangou.2010.Science.327:167-70;Marraffini and Sontheimer.2008.Science.322:1843-1845;Bhaya et al.2011.Annu.Rev.Genet.45:273-297;Terns and Terns.2011.Curr.Opin.Microbiol.14:321-327;Westra et al.2012.Annu.Rev.Genet.46:311-339;Barrangou R.2013.RNA.4:267-278)。典型的に、侵襲性DNA配列は、新規の「スペーサー」として獲得され(Barrangou et al.2007.Science.315:1709-1712)、それぞれがCRISPRリピートと対になり、CRISPR座において新規のリピート-スペーサーユニットとして挿入される。続いて、リピート-スペーサーアレイは、長いpre-CRISPR RNA(pre-crRNA)として転写され(Brouns et al.2008.Science 321:960-4)、配列特異的認識を駆動する低分子干渉CRISPR RNA(crRNA)へ処理される。具体的には、crRNAは、Casエンドヌクレアーゼにより仲介される配列特異的核酸切断のために、ヌクレアーゼを相補標的に向かってガイドする(Garneau et al.2010.Nature.468:67-71;Haurwitz et al.2010.Science.329:1355-1358;Sapranauskas et al.2011.Nucleic Acid Res.39:9275-9282;Jinek et al.2012.Science.337:816-821;Gasiunas et al.2012.Proc.Natl.Acad.Sci.109:E2579-E2586;Magadan et al.2012.PLoS One.7:e40913;Karvelis et al.2013.RNA Biol.10:841-851)。これらの広範なシステムは、細菌のほぼ半数(約46%)および大多数の古細菌(約90%)で生じる。それらは、cas遺伝子含有量、crRNA生合成を駆動する生化学的プロセスにおける組織化および多様性、および、標的の認識および切断を仲介するCasタンパク質複合体に基づいて、3つの主なCRISPR-Casシステムのタイプ(Makarova et al.2011.Nature Rev.Microbiol.9:467-477;Makarova et al.2013.Nucleic Acid Res.41:4360-4377)に分類される。I型およびII型では、特別なCasエンドヌクレアーゼがpre-crRNAを処理し、それから、crRNAに相補の核酸を認識および切断することのできる巨大な多重-Casタンパク質複合体にアセンブルする。異なるプロセスは、II型CRISPR-Casシステムに関する。ここで、pre-CRNAは、トランス活性化crRNA(tracrRNA)がcrRNAのリピート領域にハイブリダイズするメカニズムにより処理される。ハイブリダイズしたcrRNA-tracrRNAは、RNaseIIIにより切断され、各スペーサーの5’末端を除去する第二のイベントが続き、tracrRNAとCas9の両方と結合したままの成熟crRNAが生産される。成熟複合体は、それから、複合体内のスペーサー配列と相補の標的dsDNA配列(「プロトスペーサー」配列)を探して両鎖を切断する。II型システムでの複合体による標的の認識および切断は、crRNA-tracrRNA複合体上のスペーサー配列と標的「プロトスペーサー」配列との間で相補の配列を必要とするだけでなく、プロトスペーサー配列の3’末端に位置するプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)配列も必要とする。必要とされる正確なPAM配列は、異なるII型システム間で相違し得る。 The CRISPR-Cas system consists of an array of short DNA repeats separated by hypervariable sequences and flanked by cas genes that create adaptive immunity against invasive genetic agents such as phages and plasmids through sequence-specific targeting and interference. Provide (Barrangou et al. 2007. Science. 315: 1709-1712; Browns et al. 2008. Science 321: 960-4; Horvath and Barrangou. 2010. Science. 327: 16 7-70; Marraffini and Sontheimer. 2008. Science. 322:1843-1845; Bhaya et al. 2011. Annu. Rev. Genet. 45: 273-297; Terns and Terns. 2011. Curr. Opin. Microbiol. 14: 321-327; Westra et al.2012. Annu. Rev. Genet. 46:311-339; Barrangou R. 2013. RNA. 4:267-278). Typically, invasive DNA sequences are acquired as new "spacers" (Barrangou et al. 2007. Science. 315:1709-1712), each paired with a CRISPR repeat, creating a new repeat at the CRISPR locus. Inserted as a spacer unit. The repeat-spacer array is then transcribed as long pre-CRISPR RNA (pre-crRNA) (Browns et al. 2008. Science 321:960-4) and small interfering CRISPR RNA (pre-crRNA) that drives sequence-specific recognition. crRNA). Specifically, crRNA guides nucleases toward complementary targets for sequence-specific nucleic acid cleavage mediated by Cas endonucleases (Garneau et al. 2010. Nature. 468:67-71; Haurwitz et al. al.2010.Science.329:1355-1358;Sapranauskas et al.2011.Nucleic Acid Res.39:9275-9282;Jinek et al.2012.Science.337:816-821;Ga siunas et al. 2012. Proc. Natl. Acad. Sci. 109:E2579-E2586; Magadan et al. 2012. PLoS One. 7: e40913; Karvelis et al. 2013. RNA Biol. 10: 841-851). These widespread systems occur in nearly half of bacteria (about 46%) and the majority of archaea (about 90%). They identify three main CRISPR-Cas proteins based on Cas gene content, organization and diversity in the biochemical processes that drive crRNA biogenesis, and Cas protein complexes that mediate target recognition and cleavage. system type (Makarova et al. 2011. Nature Rev. Microbiol. 9:467-477; Makarova et al. 2013. Nucleic Acid Res. 41:4360-4377). In types I and II, special Cas endonucleases process the pre-crRNA and then assemble it into large multi-Cas protein complexes that can recognize and cleave nucleic acids complementary to the crRNA. A different process relates to Type II CRISPR-Cas systems. Here, pre-CRNA is processed by a mechanism in which transactivating crRNA (tracrRNA) hybridizes to the repeat region of crRNA. The hybridized crRNA-tracrRNA is cleaved by RNaseIII, followed by a second event that removes the 5' end of each spacer, producing mature crRNA that remains bound to both tracrRNA and Cas9. The mature complex then searches for a target dsDNA sequence (the "protospacer" sequence) that is complementary to the spacer sequence within the complex and cleaves both strands. Recognition and cleavage of the target by the complex in the type II system not only requires complementary sequences between the spacer sequence on the crRNA-tracrRNA complex and the target "protospacer" sequence, but also A protospacer adjacent motif (PAM) sequence located at the 3' end is also required. The exact PAM arrangement required may differ between different Type II systems.
本開示は、合成II型CRISPR-Casシステムの効率および特異性を高め、ゲノム編成および他の用途の効率および特異性を改善する、方法および組成物を提供する。 The present disclosure provides methods and compositions that enhance the efficiency and specificity of synthetic Type II CRISPR-Cas systems and improve the efficiency and specificity of genome organization and other applications.
本発明の一態様は、5’から3’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む随意的な抗-ジッパー配列;少なくとも約3個のヌクレオチドを含むバルジ配列;NNANNのヌクレオチド配列を含む抗-ステッチ配列;T(A/C)A(A/G)(G/A)C(またはU(A/C)A(A/G)(G/A)C))、TCAAAC、(またはUCAAAC)、TAAGGC(またはUAAGGC)、GATAAGG(またはGAUAAGG)、GATAAGGCTT(またはGAUAAGGCUU)、TCAAG(またはUCAAG)、TCAAGCAA(またはUCAAGCAA)、T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)(またはU(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/U))、GATAAGGCCATGCC、TAAGGCTAGTCC、TCAAGCAAAGC、またはTCAAACAAAGCTTCAGCのヌクレオチド配列を含むネクサス配列;および、少なくとも1つのヘアピンを有するヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を含む、合成トランスコード化CRISPR(tracr)核酸(例えば、tracrRNA、tracrDNA)構築物を提供し、前記ヘアピンは、少なくとも3個の一致する塩基対を含み、
ここで、抗-ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、抗-ステッチ配列は、ネクサス配列のすぐ上流に位置し、および、ネクサス配列は、ヘアピン配列のすぐ上流に位置する。
One aspect of the invention provides an optional anti-zipper sequence comprising, in the 5' to 3' direction, at least about 3 nucleotides; a bulge sequence comprising at least about 3 nucleotides; - Stitch arrangement; T (A/C) A (A/G) (G/A) C (or U (A/C) A (A/G) (G/A) C)), TCAAAC, (or UCAAAC ), TAAGGC (or UAAGGC), GATAAGG (or GAUAAGG), GATAAGGCTT (or GAUAAGGCUU), TCAAG (or UCAAG), TCAAGCAA (or UCAAGCAA), T(C/A)AA(A/C)(C/A)( A/G) (A/T) (or U (C/A) AA (A/C) (C/A) (A/G) (A/U)), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTCAGC nucleotides and a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence with at least one hairpin (e.g., tracrRNA, tracrDNA), wherein the hairpin has at least three containing matching base pairs,
where the anti-zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located immediately upstream of the anti-stitch sequence, and the anti-stitch sequence is located immediately upstream of the nexus sequence. and the nexus sequence is located immediately upstream of the hairpin sequence.
本発明の第2の態様は、3’から5’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む随意的なジッパー配列(存在する場合はtracrRNAの抗-ジッパーにハイブリダイズする)、少なくとも2個のヌクレオチド(例えば、(-NN-)のヌクレオチド配列)を含むバルジ配列、tracrRNAの抗-ステッチにハイブリダイズするNNTNN(またはNNUNN)のヌクレオチド配列を含むステッチ配列、ヌクレオチドGまたはGTTを含むGR1、および、5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の同一性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列を含む、合成CRISPR核酸(例えば、crRNA、crDNA)構築物を提供し、ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、GR1のすぐ上流に位置し、および、GR1は、スペーサー配列のすぐ上流に位置する。 A second aspect of the invention provides an optional zipper sequence comprising, in the 3' to 5' direction, at least about 3 nucleotides (which hybridizes to the anti-zipper of the tracrRNA if present), at least 2 a bulge sequence comprising a nucleotide sequence of (for example a (-NN-) nucleotide sequence), a stitch sequence comprising a nucleotide sequence of NNTNN (or NNUNN) which hybridizes to the anti-stitch of the tracrRNA, G R1 comprising the nucleotide G or GTT, and a synthetic CRISPR nucleic acid (e.g., crRNA, crDNA) construct, the zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located immediately upstream of the stitch sequence, and the stitch sequence is located immediately upstream of G R1 . and G R1 is located immediately upstream of the spacer sequence.
本発明の第3の態様は、本発明の2以上のCRISPR核酸構築物をコードするヌクレオチド配列を含む合成CRISPR核酸アレイを提供し、ここで、2以上のCRISPR核酸構築物は、前記ヌクレオチド配列上で互いにすぐ隣に位置し、前記2以上のCRISPR核酸構築物のジッパー配列は、存在する場合は同一であり、前記2以上のCRISPR核酸構築物のステッチ配列は同一であり、前記2以上のCRISPR核酸構築物のスペーサー配列は、同一または非同一である。 A third aspect of the invention provides a synthetic CRISPR nucleic acid array comprising nucleotide sequences encoding two or more CRISPR nucleic acid constructs of the invention, wherein the two or more CRISPR nucleic acid constructs are mutually exclusive on said nucleotide sequences. located immediately adjacent to each other, the zipper sequences of said two or more CRISPR nucleic acid constructs are identical, if present, the stitch sequences of said two or more CRISPR nucleic acid constructs are identical, and the spacer sequences of said two or more CRISPR nucleic acid constructs are identical; Sequences may be identical or non-identical.
本発明の第4の態様は、本発明の合成tracr核酸構築物および本発明の合成CRISPR核酸構築物を含む、キメラ核酸構築物を提供し、ここで、存在する場合は、合成CRISPR核酸構築物のジッパー配列は、前記合成tracr核酸構築物の抗-ジッパー配列と少なくとも約70%相補でありハイブリダイズし、合成CRISPR核酸構築物のステッチ配列は、前記合成tracr核酸構築物の抗-ステッチ配列と100%相補でありハイブリダイズし、および、合成CRISPR核酸構築物のバルジ配列および合成CRISPR核酸構築物のバルジ配列は、非相補である。 A fourth aspect of the invention provides a chimeric nucleic acid construct comprising a synthetic tracr nucleic acid construct of the invention and a synthetic CRISPR nucleic acid construct of the invention, wherein the zipper sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct, if present, , is at least about 70% complementary to and hybridizes with the anti-zipper sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct, and the stitch sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is 100% complementary to and hybridizes with the anti-stitch sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct. and the bulge sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct and the bulge sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct are non-complementary.
本発明の第5の態様は、本開示のキメラ核酸構築物または前記キメラ核酸構築物を含む発現カセットを、Cas9ヌクレアーゼの存在下で標的DNAと接触させ、それにより、標的DNAに対するスペーサー配列のハイブリダイゼーションにより規定される領域内で、標的DNAの部位特異的切断を生じさせるステップを含む、二本鎖標的DNAの部位特異的切断のための方法を提供する。 A fifth aspect of the invention provides for contacting a chimeric nucleic acid construct of the present disclosure or an expression cassette comprising said chimeric nucleic acid construct with a target DNA in the presence of Cas9 nuclease, thereby resulting in hybridization of the spacer sequence to the target DNA. A method for site-specific cleavage of double-stranded target DNA is provided, the method comprising the step of causing site-specific cleavage of the target DNA within a defined region.
本発明の第6の態様は、トランスコード化CRISPR(tracr)核酸分子およびCRISPR核酸分子を、Cas9ヌクレアーゼの存在下で標的DNAと接触させるステップを含む、二本鎖標的DNAの部位特異的切断のための方法を提供し、
ここで、(a)tracr核酸分子は、5’から3’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む随意的な抗-ジッパー配列;少なくとも約3個のヌクレオチドを含むバルジ配列;NNANNのヌクレオチド配列を含む抗-ステッチ配列;TNANNC、T(A/C)A(A/G)(G/A)C、TCAAAC、TAAGGC、GATAAGG、GATAAGGCTT、TCAAG、TCAAGCAA、T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)、GATAAGGCCATGCC、TAAGGCTAGTCC、TCAAGCAAAGC、またはTCAAACAAAGCTTCAGCのヌクレオチド配列を含むネクサス配列;および、少なくとも2つのヘアピンを有するヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を含む、ヌクレオチド配列によりコードされ、各ヘアピンは、少なくとも3個の一致する塩基対を含み、抗-ジッパー配列は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、抗-ステッチ配列は、ネクサス配列のすぐ上流に位置し、および、ネクサス配列は、ヘアピン配列のすぐ上流に位置する;および
(b)CRISPR核酸分子は、3’から5’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む随意的なジッパー配列、少なくとも2個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列(例えば(-NN-)のヌクレオチド配列)を含むバルジ配列、NNTNN(またはNNUNN)のヌクレオチド配列を含むステッチ配列、ヌクレオチドGまたはGTTを含むGR1、および、5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の同一性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列を含む、ヌクレオチド配列によりコードされ、ジッパー配列は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、GR1のすぐ上流に位置し、および、GR1は、スペーサー配列のすぐ上流に位置する、および、
さらにここで、抗-ジッパー配列およびジッパー配列が存在する場合は、それらは互いにハイブリダイズし、抗-ステッチ配列およびステッチ配列は互いにハイブリダイズし、CRISPR核酸分子のスペーサー配列は、標的DNAの少なくとも一部(例えば、前記標的DNAの少なくとも約7個の連続したヌクレオチド(例えば、約7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20個など、および、その中の任意の範囲または変動)(標的DNA上のプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)に隣接する)と、少なくとも約80%相補でありハイブリダイズし、それにより、標的DNAに対するCRISPR核酸分子のスペーサー配列の相補結合により規定される領域内で、標的DNAの部位特異的切断を生じさせる。したがって、代表的な実施態様では、CRISPR核酸分子のスペーサー配列は、PAMに隣接する標的DNA配列の一部にハイブリダイズし、標的配列は、標的DNA配列の約7個~約20個の連続したヌクレオチドを含む、から本質的になる、またはからなることができる。
A sixth aspect of the invention provides site-specific cleavage of double-stranded target DNA comprising contacting a transcoded CRISPR (tracr) nucleic acid molecule and a CRISPR nucleic acid molecule with the target DNA in the presence of Cas9 nuclease. provide a method for
wherein (a) the tracr nucleic acid molecule comprises, in the 5' to 3' direction, an optional anti-zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides; a bulge sequence comprising at least about 3 nucleotides; nucleotides of NNANN; Anti-stitch sequences comprising the sequences; TNANNC, T(A/C) A(A/G) (G/A) C, TCAAAC, TAAGGC, GATAAGG, GATAAGGCTT, TCAAG, TCAAGCAA, T(C/A) AA(A /C) (C/A) (A/G) (A/T), a nexus sequence comprising a nucleotide sequence of GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTCAGC; and a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least two hairpins. each hairpin contains at least three matching base pairs, the anti-zipper sequence is located immediately upstream of the bulge sequence, and the bulge sequence is located immediately upstream of the anti-stitch sequence. the anti-stitch sequence is located immediately upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located immediately upstream of the hairpin sequence; and (b) the CRISPR nucleic acid molecule is located in the 3' to 5' direction. , an optional zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides, a bulge sequence comprising a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides (e.g. a (-NN-) nucleotide sequence), a nucleotide sequence of NNTNN (or NNUNN) a stitch sequence, G R1 comprising the nucleotides G or GTT, and a spacer sequence having a 5' end and a 3' end, at least 7 nucleotides having 100% identity with the target DNA at the 3'end; the zipper sequence is located immediately upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located immediately upstream of the stitch sequence, and the stitch sequence is located immediately upstream of G R1 . , and G R1 is located immediately upstream of the spacer sequence, and
Further herein, the anti-zipper sequence and the zipper sequence, if present, hybridize to each other, the anti-stitch sequence and the stitch sequence hybridize to each other, and the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule hybridizes to at least one portion of the target DNA. (e.g., at least about 7 contiguous nucleotides (e.g., about 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, etc.) of the target DNA, and any range or variation therein) (adjacent to the protospacer adjacent motif (PAM) on the target DNA) that is at least about 80% complementary to and hybridizes with the CRISPR nucleic acid molecule to the target DNA. Site-specific cleavage of the target DNA occurs within the region defined by the complementary binding of the spacer sequence.Thus, in a typical embodiment, the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule is located within the region of the target DNA sequence adjacent to the PAM. The target sequence can comprise, consist essentially of, or consist of about 7 to about 20 contiguous nucleotides of the target DNA sequence.
本発明の第7の態様は、二本鎖標的DNAを、以下を含むキメラ核酸と接触させるステップを含む、二本鎖標的DNAの部位特異的切断のための方法を提供する。
(a)5’から3’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む随意的な抗-ジッパー配列;少なくとも約3個のヌクレオチドを含むバルジ配列;NNANNのヌクレオチド配列を含む抗-ステッチ配列;TNANNC、T(A/C)A(A/G)(G/A)C、TCAAAC、TAAGGC、GATAAGG、GATAAGGCTT、TCAAG、TCAAGCAA、T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)、GATAAGGCCATGCC、TAAGGCTAGTCC、TCAAGCAAAGC、またはTCAAACAAAGCTTCAGCのヌクレオチド配列を含むネクサス配列;および、少なくとも1つのヘアピンを有するヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を含む、第一のヌクレオチド配列(前記ヘアピンは、少なくとも3個の一致する塩基対を含み、および、存在する場合は、抗-ジッパー配列はバルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、抗-ステッチ配列は、ネクサス配列のすぐ上流に位置し、および、ネクサス配列は、ヘアピン配列のすぐ上流に位置する);
(b)3’から5’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む随意的なジッパー配列(存在する場合は、第一のヌクレオチド配列の抗-ジッパー配列にハイブリダイズする)、少なくとも2個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列(例えば(-NN-)のヌクレオチド配列)を含むバルジ配列、NNTNN(またはNNUNN)のヌクレオチド配列を含むステッチ配列、ヌクレオチドGまたはGTTを含むGR1、および、5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の相補性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列を含む、第二のヌクレオチド配列(ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、GR1のすぐ上流に位置し、および、GR1は、スペーサー配列のすぐ上流に位置する);および、
(c)Cas9ヌクレアーゼをコードするアミノ酸配列と少なくとも80%の同一性を有するアミノ酸配列をコードする、第三のヌクレオチド配列、
ここで、抗-ジッパー配列およびジッパー配列が存在する場合は、それらは互いにハイブリダイズし、抗-ステッチ配列は、ステッチ配列にハイブリダイズし、第二のヌクレオチド配列のスペーサー配列は、標的DNAの少なくとも一部(例えば、前記標的DNAの少なくとも約7個の連続したヌクレオチド、好ましくは約20個までの連続したヌクレオチド)(標的DNA上のプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)に隣接する)とハイブリダイズし、それにより、標的DNAに対する第二のヌクレオチド配列のスペーサー配列の相補結合により規定される領域内で、標的DNAの部位特異的切断を生じさせる。
A seventh aspect of the invention provides a method for site-specific cleavage of double-stranded target DNA, comprising contacting the double-stranded target DNA with a chimeric nucleic acid comprising:
(a) an optional anti-zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides in the 5' to 3'direction; a bulge sequence comprising at least about 3 nucleotides; an anti-stitch sequence comprising a nucleotide sequence of NNANN; TNANNC, T (A/C) A (A/G) (G/A) C, TCAAAC, TAAGGC, GATAAGG, GATAAGGCTT, TCAAG, TCAAGCAA, T (C/A) AA (A/C) (C/A) a nexus sequence comprising a nucleotide sequence of (A/G) (A/T), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTCAGC; and a first nucleotide sequence comprising a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin ( The hairpin comprises at least three matching base pairs and, if present, the anti-zipper sequence is located immediately upstream of the bulge sequence, and the bulge sequence is located immediately upstream of the anti-stitch sequence. , the anti-stitch sequence is located immediately upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located immediately upstream of the hairpin sequence);
(b) an optional zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides in the 3' to 5' direction (which, if present, hybridizes to the anti-zipper sequence of the first nucleotide sequence); at least 2; a bulge sequence comprising a nucleotide sequence having nucleotides of a second nucleotide sequence (the zipper sequence is present If G R1 is located immediately upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located immediately upstream of the stitch sequence, the stitch sequence is located immediately upstream of G R1 , and G R1 is located immediately upstream of the spacer sequence. located); and
(c) a third nucleotide sequence encoding an amino acid sequence having at least 80% identity with an amino acid sequence encoding Cas9 nuclease;
wherein the anti-zipper and zipper sequences, if present, hybridize to each other, the anti-stitch sequence hybridizes to the stitch sequence, and the spacer sequence of the second nucleotide sequence hybridizes to at least one of the target DNAs. hybridizes with a portion (e.g., at least about 7 contiguous nucleotides, preferably up to about 20 contiguous nucleotides) of said target DNA (adjacent to a protospacer adjacent motif (PAM) on the target DNA); Thereby, site-specific cleavage of the target DNA occurs within the region defined by the complementary binding of the spacer sequence of the second nucleotide sequence to the target DNA.
本発明の第8の態様は、二本鎖(ds)標的DNAに対する、目的ポリペプチドの部位特異的ターゲッティングの方法を含み、本開示のキメラ核酸構築物または前記キメラ核酸構築物を含む発現カセットを、標的DNAと接触させ、それにより、Cas9に融合した目的ポリペプチドを、標的DNA上の特異的部位にターゲッティングするステップを含み、前記部位は、標的DNAに対するスペーサー配列のハイブリダイゼーションにより規定される。 An eighth aspect of the invention includes a method of site-specific targeting of a polypeptide of interest to a double-stranded (ds) target DNA, wherein a chimeric nucleic acid construct of the present disclosure or an expression cassette comprising said chimeric nucleic acid construct is targeted to contacting the DNA, thereby targeting a polypeptide of interest fused to Cas9 to a specific site on the target DNA, said site being defined by hybridization of a spacer sequence to the target DNA.
本発明の第9の態様は、二本鎖(ds)標的DNAに対する、目的ポリペプチドの部位特異的ターゲッティングの方法を含み、
トランスコード化CRISPR(tracr)核酸分子およびCRISPR核酸分子を、Cas9ヌクレアーゼの存在下で、標的DNAと接触させるステップを含み、ここで、
(a)tracr核酸分子は、5’から3’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む随意的な抗-ジッパー配列;少なくとも約3個のヌクレオチドを含むバルジ配列;NNANNのヌクレオチド配列を含む抗-ステッチ配列;T(A/C)A(A/G)(G/A)C、TCAAAC、TAAGGC、GATAAGG、GATAAGGCTT、TCAAG、TCAAGCAA、T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)、GATAAGGCCATGCC、TAAGGCTAGTCC、TCAAGCAAAGC、またはTCAAACAAAGCTTCAGCのヌクレオチド配列を含むネクサス配列;および、少なくとも1つのヘアピンを有するヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を含む、ヌクレオチド配列によりコードされ、前記ヘアピンは、少なくとも3個の一致する塩基対を含み、抗-ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、抗-ステッチ配列は、ネクサス配列のすぐ上流に位置し、および、ネクサス配列は、ヘアピン配列のすぐ上流に位置する;および、
(b)CRISPR核酸分子は、3’から5’の方向に、抗-ジッパー配列にハイブリダイズする少なくとも約3個のヌクレオチドを含む随意的なジッパー配列、少なくとも2個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列(例えば(-NN-)のヌクレオチド配列)を含むバルジ配列、NNTNNのヌクレオチド配列を含むステッチ配列、ヌクレオチドGまたはGTTを含むGR1、および5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の同一性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列を含む、ヌクレオチド配列によりコードされ、ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、GR1のすぐ上流に位置し、および、GR1は、スペーサー配列のすぐ上流に位置する、および、
さらにここで、Cas9ヌクレアーゼは、HNH活性部位モチーフ内の変異、RuvC活性部位モチーフ内の変異を含み、目的ポリペプチドに融合され、抗-ジッパー配列およびジッパー配列は、存在する場合は、互いにハイブリダイズし、抗-ステッチ配列は、ステッチ配列にハイブリダイズし、スペーサー配列は、標的DNA上のプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)に隣接する標的DNAの少なくとも一部にハイブリダイズし、それにより、標的DNAに対するCRISPR核酸分子のスペーサー配列のハイブリダイゼーションにより規定される領域内で、目的ポリペプチドの標的DNAに対する部位特異的ターゲッティングを生じさせる。
A ninth aspect of the invention includes a method for site-specific targeting of a polypeptide of interest to a double-stranded (ds) target DNA,
contacting a transcoding CRISPR (tracr) nucleic acid molecule and a CRISPR nucleic acid molecule with target DNA in the presence of Cas9 nuclease, wherein:
(a) the tracr nucleic acid molecule comprises, in the 5' to 3' direction, an optional anti-zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides; a bulge sequence comprising at least about 3 nucleotides; a nucleotide sequence of NNANN; Anti-stitch sequence; T(A/C)A(A/G)(G/A)C, TCAAAC, TAAGGC, GATAAGG, GATAAGGCTT, TCAAG, TCAAGCAA, T(C/A)AA(A/C)(C /A) (A/G) (A/T), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTCAGC; and by a nucleotide sequence comprising a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin the hairpin contains at least three matching base pairs, the anti-zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence, and the bulge sequence is immediately upstream of the anti-stitch sequence. the anti-stitch sequence is located immediately upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located immediately upstream of the hairpin sequence; and
(b) a CRISPR nucleic acid molecule comprises an optional zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides that hybridizes to an anti-zipper sequence in the 3' to 5' direction, a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides, e.g. a bulge sequence comprising a nucleotide sequence of (-NN-)), a stitch sequence comprising a nucleotide sequence of NNTNN, G R1 comprising a nucleotide G or GTT, and a spacer sequence having a 5' end and a 3'end;'encoded by a nucleotide sequence containing a spacer sequence containing at least 7 nucleotides with 100% identity to the target DNA at the end; the zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence; the sequence is located immediately upstream of the stitching sequence, the stitching sequence is located immediately upstream of G R1 , and G R1 is located immediately upstream of the spacer sequence, and
Further herein, the Cas9 nuclease contains a mutation in the HNH active site motif, a mutation in the RuvC active site motif, is fused to a polypeptide of interest, and the anti-zipper and zipper sequences, if present, hybridize to each other. and the anti-stitch sequence hybridizes to the stitch sequence and the spacer sequence hybridizes to at least a portion of the target DNA adjacent to a protospacer adjacent motif (PAM) on the target DNA, thereby Site-specific targeting of the polypeptide of interest to the target DNA occurs within the region defined by hybridization of the spacer sequences of the CRISPR nucleic acid molecule.
さらに本明細書で提供されるのは、本発明の核酸構築物、核酸アレイ、核酸分子および/またはヌクレオチド配列を含む、発現カセット、細胞およびキットである。 Further provided herein are expression cassettes, cells and kits comprising the nucleic acid constructs, nucleic acid arrays, nucleic acid molecules and/or nucleotide sequences of the invention.
本発明のこれらおよび他の態様は、以下の本発明の説明において詳細に示される。 These and other aspects of the invention are set forth in detail in the description of the invention below.
ここで、本発明の実施態様が示される添付の図面および実施例を参照して、以下に本発明を説明する。当該説明は、本発明が実施され得る全ての異なる方法または本発明に加えられ得る全ての特徴の、詳細一覧であることを目的としない。例えば、一実施態様に関して説明される特徴を他の実施態様に援用し得て、特定の実施態様に関して説明される特徴をその実施態様から消去し得る。したがって、本発明は、本発明の一部の実施態様において、本明細書に示される任意の特徴または特徴の組み合わせは、除外または省略することができることを期待する。加えて、本明細書に示唆される様々な実施態様に対する非常に多くの変更および追加は、本開示に照らして当業者に明らかであり、本発明から逸脱しない。それ故に、以下の説明は、本発明の一部の特定の実施態様を説明することを目的とし、その全ての並べ替え、組み合わせおよび変更を徹底的に特定することは目的としない。 The invention will now be described with reference to the accompanying drawings and examples, in which embodiments of the invention are shown. The description is not intended to be a detailed list of all the different ways in which the invention may be implemented or all the features that may be added to the invention. For example, features described with respect to one embodiment may be incorporated into other embodiments, and features described with respect to a particular embodiment may be deleted from that embodiment. Accordingly, the present invention anticipates that in some embodiments of the invention, any feature or combination of features presented herein may be excluded or omitted. Additionally, numerous modifications and additions to the various embodiments suggested herein will be apparent to those skilled in the art in light of this disclosure and do not depart from the invention. Therefore, the following description is intended to describe some particular embodiments of the invention and is not intended to exhaustively identify all permutations, combinations, and modifications thereof.
別段の定義がない限り、本明細書で用いられる全ての技術的および科学的用語は、本発明が属する分野における通常の知識を有する者により一般に理解されるのと同一の意味を有する。本明細書において本発明の説明で用いられる専門用語は、特定の実施態様を説明する目的のみであり、本発明の限定を意図しない。 Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. The terminology used herein to describe the invention is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention.
本明細書中の刊行物、特許出願、特許文献および他の引用文献は全て、引用文献が示されている文および/または段落と関連のある教示に関して、それらの全体で参照により援用される。 All publications, patent applications, patent documents, and other citations herein are incorporated by reference in their entirety for the teachings associated with the sentence and/or paragraph in which the citation is cited.
文脈が別段の提示をしない限り、本明細書に記載の本発明の様々な特徴は任意の組み合わせで用いることができることが、明確に意図される。さらに、本発明は、本発明の一部の実施態様において、本明細書に示される任意の特徴または特徴の組み合わせを除外または省略することができることも期待する。説明するために、明細書が、組成物は構成要素A、BおよびCを含むと記述する場合、A、BまたはCのいずれか、またはそれらの組み合わせは、単独または任意の組み合わせで省略および放棄することができることが、明確に意図される。 It is expressly intended that the various features of the invention described herein can be used in any combination, unless the context dictates otherwise. Additionally, the present invention anticipates that any feature or combination of features presented herein may be excluded or omitted in some embodiments of the invention. To illustrate, when the specification states that the composition includes components A, B, and C, any of A, B, or C, or combinations thereof, alone or in any combination, may be omitted and discarded. It is clearly intended that it be possible to do so.
本発明の説明および添付の請求項で用いられる単数形「a」、「an」および「the」は、文脈が明確に別段の提示をしない限り、複数形も同様に含むことを意図する。 As used in the description of the invention and the appended claims, the singular forms "a," "an," and "the" are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise.
また、本明細書において用いられる「および/または」は、1つまたは複数の関連する挙げられた事項の任意および全てのあり得る組み合わせ、および、選択的(「または」)に解釈する場合は、組み合わせの欠如を言及および包含する。 In addition, "and/or" as used herein includes any and all possible combinations of one or more of the related listed items, and when interpreted selectively ("or"), Mention and include lack of combination.
本明細書において用いられる用語「約」は、用量または期間などの測定可能な値を言及する場合、規定量の±20%、±10%、±5%、±1%、±0.5%、または実に±0.1%の変動を言及する。 As used herein, the term "about" when referring to a measurable value such as a dose or a period of time is ±20%, ±10%, ±5%, ±1%, ±0.5% of a specified amount. , or even refer to a variation of ±0.1%.
本明細書において用いられる「XおよびYの間(between X and Y)」および「約XおよびYの間(between about X and Y)」などの語句は、XおよびYを含むと解釈すべきである。本明細書において用いられる「約XおよびYの間(between about X and Y)」などの語句は「約Xおよび約Yの間(between about X and about Y)」を意味し、「約XからYまで(from about X to Y)」などの語句は「約Xから約Yまで(from about X to about Y)」を意味する。 As used herein, phrases such as "between X and Y" and "between about X and Y" should be construed to include X and Y. be. As used herein, phrases such as "between about X and Y" mean "between about X and about Y" and "between about X and about Y"; Phrases such as "from about X to Y" mean "from about X to about Y."
本明細書において用いられる「バルジ配列」は、合成tracr核酸構築物および合成CRISPR核酸構築物/CRISPR核酸アレイに含まれる、非相補(非ハイブリダイズ)ヌクレオチド配列を指す。合成tracr核酸構築物において、バルジ配列は、抗-ジッパーおよび抗-ステッチ配列の間に位置し、合成CRISPR核酸構築物/CRISPR核酸アレイ内の対応するバルジ配列と非相補(100%非同一性)である、約3個のヌクレオチド~約6個のヌクレオチド(例えば、約3、4、5、6個のヌクレオチド;例えば、約3~約6個のヌクレオチド、約3~約5個のヌクレオチド、約3~約4個のヌクレオチドなど)からなる。合成CRISPR核酸構築物/CRISPR核酸アレイのバルジ配列は、ジッパーとステッチ配列との間およびジッパーとステッチ配列との間に位置し、少なくとも2個のヌクレオチド(例えば、(-NN-)のヌクレオチド配列)(例えば、約2、3、4、5、6個のヌクレオチド;例えば、約2~約6個のヌクレオチド、約2~約5個のヌクレオチド、約2~約4個のヌクレオチド;約3~約6個のヌクレオチド、約3~約5個のヌクレオチドなど)を含み、から本質的になり、またはからなる。バルジ配列のヌクレオチド組成物は、それらが相補でなく(例えば、100%非同一性)、それにより互いにハイブリダイズしない限り、任意の一連の少なくとも2個(合成CRISPR核酸構築物/CRISPR核酸アレイ)または3個以上(合成tracr核酸構築物)のヌクレオチドであってよい。合成tracr核酸構築物および合成CRISPR核酸構築物/CRISPR核酸アレイ上のバルジ配列の非相補性の結果として、抗-ジッパーとジッパー配列および抗-ステッチとステッチ配列が並び、ハイブリダイズする場合(キメラ核酸構築物でのように)、突出またはバルジが、キメラ核酸構築物の合成tracr核酸構築物側に形成される(例えば、図12~図16を参照)。いかなる特定の理論にも拘束されることを望まないが、バルジ構造は、CRISPR-Casシステムの機能に関与し得ると考えられる。 As used herein, "bulge sequence" refers to non-complementary (non-hybridizing) nucleotide sequences included in synthetic tracr nucleic acid constructs and synthetic CRISPR nucleic acid constructs/CRISPR nucleic acid arrays. In the synthetic tracr nucleic acid construct, the bulge sequence is located between the anti-zipper and anti-stitch sequences and is non-complementary (100% non-identical) to the corresponding bulge sequence in the synthetic CRISPR nucleic acid construct/CRISPR nucleic acid array. , about 3 nucleotides to about 6 nucleotides (e.g., about 3, 4, 5, 6 nucleotides; e.g., about 3 to about 6 nucleotides, about 3 to about 5 nucleotides, about 3 to about 6 nucleotides; (approximately 4 nucleotides). The bulge sequence of a synthetic CRISPR nucleic acid construct/CRISPR nucleic acid array is located between the zipper and stitch sequences and between the zipper and stitch sequences and has at least two nucleotides (e.g., a (-NN-) nucleotide sequence) ( For example, about 2, 3, 4, 5, 6 nucleotides; eg, about 2 to about 6 nucleotides, about 2 to about 5 nucleotides, about 2 to about 4 nucleotides; about 3 to about 6 nucleotides, about 3 to about 5 nucleotides, etc.), consisting essentially of, or consisting of. The nucleotide composition of the bulge sequence may be any series of at least two (synthetic CRISPR nucleic acid constructs/CRISPR nucleic acid arrays) or three, as long as they are not complementary (e.g., 100% non-identical) and therefore do not hybridize to each other. (synthetic tracr nucleic acid construct). As a result of the non-complementarity of the bulge sequences on synthetic tracr nucleic acid constructs and synthetic CRISPR nucleic acid constructs/CRISPR nucleic acid arrays, when anti-zipper to zipper sequences and anti-stitch to stitch sequences line up and hybridize (in chimeric nucleic acid constructs) ), a protrusion or bulge is formed on the synthetic tracr nucleic acid construct side of the chimeric nucleic acid construct (see, eg, FIGS. 12-16). Without wishing to be bound by any particular theory, it is believed that the bulge structure may be involved in the functioning of the CRISPR-Cas system.
本明細書において用いられる用語「含む(comprise)」、「含む(comprises)」および「含む(comprising)」は、記述された特徴、整数、ステップ、操作、因子、および/または構成要素の存在を特定するが、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、因子、構成要素、および/またはそれらの群の存在または追加を妨げない。 As used herein, the terms "comprise," "comprises," and "comprising" refer to the presence of the described feature, integer, step, operation, factor, and/or component. Although specified, this does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, factors, components, and/or groups thereof.
本明細書において用いられる暫定の語句「から本質的になる」は、請求項の範囲が、請求項に挙げられた特定の物質またはステップおよび特許請求の範囲に記載された発明の基本的かつ新規の特徴(単数または複数)を実質的に影響しないものを包含すると解釈されることを意味する。したがって、用語「~から本質的になる」は、本発明の請求項において用いられる場合、「含む(comprising)」と同等であると解釈されることを意図しない。 As used herein, the provisional phrase "consisting essentially of" means that the scope of the claim includes the particular materials or steps recited in the claim and the essential novelty of the claimed invention. is meant to be construed as including those that do not materially affect the feature(s) of. Accordingly, the term "consisting essentially of" when used in the claims of the present invention is not intended to be construed as equivalent to "comprising."
「Cas9ヌクレアーゼ」は、CRISPR Casシステムにおいて二本鎖DNA切断を触媒するエンドヌクレアーゼの大きなグループを指す。これらのポリペプチドは、当技術分野でよく知られていて、それらの構造(配列)の多くが特徴付けられている(例えば、WO2013/176772;WO/2013/188638を参照)。dsDNAの切断を触媒するためのドメインは、RuvCドメインおよびHNHドメインである。RuvCドメインは(-)鎖にニックを入れる役割があり、HNHドメインは(+)鎖にニックを入れる役割がある(例えば、Gasiunasetal.PNAS 109(36):E2579-E2586(September 4,2012)を参照)。 "Cas9 nuclease" refers to a large group of endonucleases that catalyze double-stranded DNA breaks in the CRISPR Cas system. These polypeptides are well known in the art and many of their structures (sequences) have been characterized (see, eg, WO2013/176772; WO/2013/188638). The domains for catalyzing dsDNA cleavage are the RuvC domain and the HNH domain. The RuvC domain has the role of nicking the (-) chain, and the HNH domain has the role of nicking the (+) chain (for example, see Gasiunasetal. PNAS 109(36): E2579-E2586 (September 4, 2012)). reference).
本明細書において用いられる「キメラ」は、少なくとも2つの構成要素が異なる起源(例えば、異なる生物、異なるコード領域)から得られた核酸分子またはポリペプチドを指す。 As used herein, "chimera" refers to a nucleic acid molecule or polypeptide in which at least two components are obtained from different sources (eg, different organisms, different coding regions).
本明細書において用いられる「相補」は、コンパレーターヌクレオチド配列と100%の相補性または同一性を意味することができ、または、100%未満の相補性(例えば、約70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%などの相補性)を意味することができる。 "Complementary" as used herein can mean 100% complementarity or identity with a comparator nucleotide sequence, or less than 100% complementarity (e.g., about 70%, 71%, 72% %, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, etc.).
本明細書において用いられる用語「相補」または「相補性」は、塩基対合による、許容される塩および温度条件下でのポリヌクレオチドの自然な結合を指す。例えば、配列「A-G-T」は、相補配列「T-C-A」に結合する。2つの一本鎖分子間の相補性は、ヌクレオチドの一部のみが結合する「部分的」であり得て、または、一本鎖分子間に全体的相補性が存在する場合は完全であり得る。核酸鎖間の相補性の度合いは、核酸鎖間のハイブリダイゼーションの効率および強度に重大な効果を有する。 The term "complementarity" or "complementarity" as used herein refers to the natural association of polynucleotides under permissive salt and temperature conditions by base pairing. For example, the sequence "AGT" binds to the complementary sequence "TCA". Complementarity between two single-stranded molecules can be "partial," where only a portion of the nucleotides are linked, or it can be complete, where there is total complementarity between the single-stranded molecules. . The degree of complementarity between nucleic acid strands has a significant effect on the efficiency and strength of hybridization between nucleic acid strands.
本明細書において用いられる「接触させる(contact)」、「接触させる(contacting)」、「接触した(contacted)」およびそれらの文法的変更は、所望の反応(例えば、目的ポリペプチドの部位特異的ターゲッティング、組込み、形質転換、部位特異的切断(ニック、開裂)、増幅など)を行なうのに適切な条件下で、所望の反応の構成要素を一緒に配置することを指す。そのような反応を行なうための方法および条件は、当技術分野でよく知られている(例えば、 Gasiunas et al.(2012)Proc.Natl.Acad.Sci.109:E2579-E2586;M.R.Green and J.Sambrook(2012)Molecular Cloning:A Laboratory Manual.4th Ed.,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,NYを参照)。 As used herein, "contact," "contacting," "contacted," and grammatical variations thereof are used to describe the desired reaction (e.g., site-specific targeting of a polypeptide of interest). Refers to the bringing together of the components of a desired reaction under appropriate conditions to carry out targeting, integration, transformation, site-specific cleavage (nicking, cleavage), amplification, etc.). Methods and conditions for carrying out such reactions are well known in the art (eg, Gasiunas et al. (2012) Proc. Natl. Acad. Sci. 109:E2579-E2586; M.R. Green and J. Sambrook (2012) Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 4th Ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Har bor, NY).
本発明のヌクレオチド配列の「フラグメント」または「一部」は、参照核酸またはヌクレオチド配列に対して、長さが短くなった(例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20またはそれより多くのヌクレオチド短くなった)ヌクレオチド配列を意味すると理解され、および、参照核酸またはヌクレオチド配列と同一のまたはほぼ同一の(例えば、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%同一の)連続したヌクレオチドのヌクレオチド配列を含み、から本質的になり、および/または、からなる。本発明に係るそのような核酸フラグメントまたは一部は、適切な場合は、それが構成要素となる、より大きなポリヌクレオチドに含まれ得る。したがって、例えば、標的DNAの少なくとも一部にハイブリダイズすること(hybridizing to)(またはハイブリダイズする(hybridize to)、およびそれらの他の文法的変更)は、標的DNAの連続したヌクレオチドの長さと同一または実質的に同一のヌクレオチド配列に対するハイブリダイゼーションを指す。 A "fragment" or "portion" of a nucleotide sequence of the invention is one that has a reduced length (e.g., 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, is understood to mean a nucleotide sequence (shortened by 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 or more nucleotides) and is identical to the reference nucleic acid or nucleotide sequence or nearly identical (e.g., 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% identical) Comprising, consisting essentially of, and/or consisting of a nucleotide sequence of contiguous nucleotides. Such a nucleic acid fragment or portion according to the invention may, if appropriate, be included in a larger polynucleotide of which it is a constituent. Thus, for example, hybridizing to (or hybridize to, and other grammatical variations thereof) to at least a portion of the target DNA is defined as or refers to hybridization to substantially identical nucleotide sequences.
本明細書において用いられる「GR1」は、合成CRISPER核酸構築物またはcrRNAのリピート部分に含まれる、単一ヌクレオチド(G)または短い3個のヌクレオチド配列(GTT)である。GR1は、本開示の合成tracr核酸構築物またはtracrRNAの抗-リピートとハイブリダイズしない。しかしながら、非標準的なワトソンクリック塩基対合スキームでは、GR1は、tracrRNAの抗-CRISPRリピート部分の末端でUと揺らぎ塩基対を形成し得る。 As used herein, “G R1 ” is a single nucleotide (G) or short three nucleotide sequence (GTT) contained in a repeat portion of a synthetic CRISPER nucleic acid construct or crRNA. G R1 does not hybridize with the synthetic tracr nucleic acid constructs of the present disclosure or the tracrRNA anti-repeat. However, in a non-standard Watson-Crick base pairing scheme, G R1 can wobble base pair with a U at the end of the anti-CRISPR repeat portion of the tracrRNA.
本明細書において用いられる用語「遺伝子」は、mRNA、アンチセンスRNA、miRNA、抗-ミクロRNAアンチセンスオリゴデオキシリボヌクレオチド(AMO)などを生産するのに用いることが可能な核酸分子を指す。遺伝子は、機能性タンパク質または遺伝子産物を生産するのに用いることが可能であってよく、または不可能であってよい。遺伝子は、コード領域および非コード領域(例えば、イントロン、制御因子、プロモーター、エンハンサー、終止配列および/または5’および3’非翻訳領域)の両方を含んでよい。遺伝子は、「分離」され得て、それにより、その天然の状態では核酸と結合して通常は見られる構成要素から、実質的にまたは本質的にフリーである核酸が意味される。そのような構成要素は、他の細胞物質、組み換え生産による培養培地、および/または核酸の化学合成で用いられる様々な化学物質を含む。 The term "gene" as used herein refers to a nucleic acid molecule that can be used to produce mRNA, antisense RNA, miRNA, anti-microRNA antisense oligodeoxyribonucleotides (AMOs), and the like. A gene may or may not be capable of being used to produce a functional protein or gene product. A gene may include both coding and non-coding regions (eg, introns, regulatory elements, promoters, enhancers, termination sequences and/or 5' and 3' untranslated regions). A gene can be "isolated," by which is meant a nucleic acid that is substantially or essentially free from components normally found associated with the nucleic acid in its natural state. Such components include other cellular materials, culture media from recombinant production, and/or various chemicals used in the chemical synthesis of nucleic acids.
本明細書において用いられる「ヘアピン配列」は、ヘアピンを含むヌクレオチド配列である。ヘアピン(例えば、ステム-ループ、フィード-バック)は、いずれか側に一本鎖領域がさらに隣接する二本鎖を形成するヌクレオチドの領域を含む二次構造を有する核酸分子を指す。そのような構造は当技術分野でよく知られている。当技術分野で知られているように、二本鎖領域は、塩基対合内にいくつかのミスマッチを含んでよく、または完全に相補であってよい。本開示の一部の実施態様では、核酸構築物のヘアピン配列は、合成tracr核酸構築物の3’末端で「ネクサス配列」のすぐ下流に位置する。いかなる特定の理論にも拘束されずに、ヘアピンは、crRNA-tracrRNA複合体へのCas9結合に関与し得ると考えられる(例えば、合成CRISPR核酸構築物-合成 A "hairpin sequence" as used herein is a nucleotide sequence that includes a hairpin. A hairpin (eg, stem-loop, feedback) refers to a nucleic acid molecule having a secondary structure that includes a region of nucleotides forming a double strand further flanked by a single-stranded region on either side. Such structures are well known in the art. As is known in the art, double-stranded regions may contain some mismatches in base pairing or may be completely complementary. In some embodiments of the present disclosure, the hairpin sequence of the nucleic acid construct is located immediately downstream of the "nexus sequence" at the 3' end of the synthetic tracr nucleic acid construct. Without being bound to any particular theory, it is believed that the hairpin may be involved in Cas9 binding to the crRNA-tracrRNA complex (e.g., synthetic CRISPR nucleic acid constructs - synthetic
「異種」または「組み換え」ヌクレオチド配列は、それが導入される宿主細胞と天然には関係しないヌクレオチド配列であり、天然起源ヌクレオチド配列の非天然起源多重コピーを含む。 A "heterologous" or "recombinant" nucleotide sequence is a nucleotide sequence that is not naturally related to the host cell into which it is introduced, and includes multiple non-naturally occurring copies of the naturally occurring nucleotide sequence.
相同性を有する異なる核酸またはタンパク質は、本明細書において「ホモログ」と呼ぶ。ホモログという用語は、同一および他の種由来の相同配列および同一および他の種由来のオルソロガス配列を含む。「相同性」は、位置同一性(すなわち配列類似性または同一性)のパーセントの観点からの、2以上の核酸および/またはアミノ酸配列の間の類似性のレベルを指す。また、相同性は、異なる核酸またはタンパク質間の類似の機能特性の概念を指す。したがって、本発明の組成物および方法は、本発明のヌクレオチド配列およびポリペプチド配列に対するホモログをさらに含む。本明細書において用いられる「オルソロガス」は、種分化の間に共通の祖先遺伝子から生じる異なる種における相同ヌクレオチド配列および/またはアミノ酸配列を指す。本発明のヌクレオチド配列のホモログは、本発明の前記ヌクレオチド配列と実質的な配列同一性(例えば、少なくとも約70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、および/または100%)を有する。したがって、例えば、本発明で有用なCas9ポリペプチドのホモログは、本明細書に提供されるCas9配列のいずれか1つと約70%相同またはそれより高くてよい。 Different nucleic acids or proteins that have homology are referred to herein as "homologues." The term homolog includes homologous sequences from the same and other species and orthologous sequences from the same and other species. "Homology" refers to the level of similarity between two or more nucleic acid and/or amino acid sequences in terms of percent positional identity (ie, sequence similarity or identity). Homology also refers to the concept of similar functional properties between different nucleic acids or proteins. Accordingly, the compositions and methods of the invention further include homologs to the nucleotide and polypeptide sequences of the invention. "Orthologous" as used herein refers to homologous nucleotide and/or amino acid sequences in different species that arise from a common ancestral gene during speciation. Homologs of the nucleotide sequences of the invention are those that have substantial sequence identity (e.g., at least about 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%) with the nucleotide sequences of the invention. , 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94 %, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, and/or 100%). Thus, for example, a homologue of a Cas9 polypeptide useful in the invention may be about 70% homologous or higher to any one of the Cas9 sequences provided herein.
本明細書において用いられる、ハイブリダイゼーション(hybridization)、ハイブリダイズする(hybridize)、ハイブリダイズする(hybridizing)、およびそれらの文法的変更は、2つの完全に相補のヌクレオチド配列またはいくつかのミスマッチの塩基対が存在し得る実質的に相補の配列の結合を指す。ハイブリダイゼーションの条件は当技術分野でよく知られていて、ヌクレオチド配列の長さおよびヌクレオチド配列間の相補性の度合いに基づき変化する。一部の実施態様では、ハイブリダイゼーションの条件は、高ストリンジェンシーであってよく、または、それらは、ハイブリダイズされる配列の長さおよび相補性の量に応じて、中ストリンジェンシーまたは低ストリンジェンシーであってよい。ヌクレオチド配列間のハイブリダイゼーションの目的に関して低、中および高ストリンジェンシーを構成する条件は、当技術分野でよく知られている(例えば、Gasiunas et al.(2012)Proc.Natl.Acad.Sci.109:E2579-E2586;M.R.Green and J.Sambrook(2012)Molecular Cloning:A Laboratory Manual.4th Ed.,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,NYを参照)。 As used herein, hybridization, hybridize, hybridizing, and grammatical variations thereof refer to the combination of two completely complementary nucleotide sequences or several mismatched bases. Refers to the binding of substantially complementary sequences in which pairs may exist. Hybridization conditions are well known in the art and vary based on the length of the nucleotide sequences and the degree of complementarity between the nucleotide sequences. In some embodiments, hybridization conditions may be of high stringency, or they may be of medium or low stringency, depending on the length of the sequences being hybridized and the amount of complementarity. It may be. Conditions that constitute low, medium, and high stringency for purposes of hybridization between nucleotide sequences are well known in the art (e.g., Gasiunas et al. (2012) Proc. Natl. Acad. Sci. 109). : E2579-E2586; M.R. Green and J. Sambrook (2012) Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 4th Ed., Cold Spring Harbor Laboratory Pres. s, Cold Spring Harbor, NY).
本明細書において用いられる用語「増大する(increase)」、「増大する(increasing)」、「増大した(increased)」「増強する(enhance)」「増強した(enhanced)」「増強する(enhancing)」および「増強(enhancement)」(およびそれらの文法的変更)は、コントロールと比べて、少なくとも約25%、50%、75%、100%、150%、200%、300%、400%、500%またはそれよりも多い上昇を表す。 As used herein, the terms "increase", "increase", "increase", "enhance", "enhance", "enhancing" ” and “enhancement” (and their grammatical changes) are at least about 25%, 50%, 75%, 100%, 150%, 200%, 300%, 400%, 500% compared to the control. represents an increase of % or more.
用語「侵襲性外因性遺伝因子」、「侵襲性外因性核酸」または「侵襲性外因性DNA」は、細菌にとって外因性であるDNA(例えば、制限されないが、ウイルス、バクテリオファージ、および/またはプラスミドを含む病原体由来の遺伝因子)を意味する。 The term "invasive exogenous genetic element," "invasive exogenous nucleic acid," or "invasive exogenous DNA" refers to DNA that is exogenous to bacteria, such as, but not limited to, viruses, bacteriophages, and/or plasmids. pathogen-derived genetic factors).
「天然」または「野生型」の核酸、ヌクレオチド配列、ポリペプチドまたはアミノ酸配列は、天然起源または内因性の核酸、ヌクレオチド配列、ポリペプチドまたはアミノ酸配列を指す。したがって、例えば、「野生型mRNA」は、生物において天然起源または内因性であるmRNAである。「相同」核酸配列は、それが導入される宿主細胞と天然に関連するヌクレオチド配列である。 A "natural" or "wild-type" nucleic acid, nucleotide sequence, polypeptide or amino acid sequence refers to a naturally occurring or endogenous nucleic acid, nucleotide sequence, polypeptide or amino acid sequence. Thus, for example, "wild type mRNA" is an mRNA that is naturally occurring or endogenous in an organism. A "homologous" nucleic acid sequence is a nucleotide sequence that is naturally associated with the host cell into which it is introduced.
本明細書において用いられる「ネクサス配列」は、合成tracr核酸構築物内の「抗-ステッチ配列」のすぐ下流に位置するヌクレオチド配列を指す。ネクサスは、長さが約6~10個のヌクレオチドであり、高保存配列:TNANNCを含む。一部の実施態様では、ネクサスは、T(A/C)A(A/G)(G/A)C(またはU(A/C)A(A/G)(G/A)C))、GATAAGGCTT(またはGAUAAGGCUU)、TCAAGCAA(またはUCAAGCAA)、またはT(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)(またはU(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/U))のヌクレオチド配列であってよい。いかなる特定の理論にも拘束されずに、配列保存に基づき、ネクサスは、Cas9直交性および認識において重要であり得ると考えられる。 As used herein, "nexus sequence" refers to the nucleotide sequence located immediately downstream of the "anti-stitch sequence" within a synthetic tracr nucleic acid construct. The nexus is approximately 6-10 nucleotides in length and contains the highly conserved sequence: TNANNC. In some implementations, the nexus is T(A/C)A(A/G)(G/A)C (or U(A/C)A(A/G)(G/A)C)) , GATAAGGCTT (or GAUAAGGCUU), TCAAGCAA (or UCAAGCAA), or T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)(or U(C/A)AA (A/C) (C/A) (A/G) (A/U)). Without being bound to any particular theory, it is believed that based on sequence conservation, nexus may be important in Cas9 orthogonality and recognition.
また、本明細書において用いられる用語「核酸」、「核酸分子」、「核酸構築物」、「ヌクレオチド配列」および「ポリヌクレオチド」は、直鎖または分岐の一本鎖または二本鎖であるRNAまたはDNA、またはそれらのハイブリッドを指す。また、用語は、RNA/DNAハイブリッドも包含する。dsRNAが合成的に生産される場合は、一般的でない塩基、例えば、イノシン、5-メチルシトシン、6-メチルアデニン、ヒポキサンチンおよびその他もまた、アンチセンス、dsRNA、およびリボザイム対合に用いることができる。例えば、シチジンおよびウリジンのC-5プロピンアナログを含むポリヌクレオチドは、高アフィニティでRNAと結合し、遺伝子発現の強力なアンチセンス阻害剤となることが示されている。他の修飾、例えば、ホスホジエステル主鎖、またはRNAのリボース糖基内の2’-ヒドロキシに対する修飾もすることができる。本開示の核酸構築物は、DNAまたはRNAであってよいが、好ましくはDNAである。したがって、本発明の核酸構築物は、DNAの形態で記載され用いられ得るが、使用目的に応じて、RNAの形態で記載され用いられてもよい。 In addition, the terms "nucleic acid," "nucleic acid molecule," "nucleic acid construct," "nucleotide sequence," and "polynucleotide" as used herein refer to linear or branched single-stranded or double-stranded RNA or Refers to DNA or a hybrid thereof. The term also encompasses RNA/DNA hybrids. If dsRNA is produced synthetically, uncommon bases such as inosine, 5-methylcytosine, 6-methyladenine, hypoxanthine, and others can also be used for antisense, dsRNA, and ribozyme pairing. can. For example, polynucleotides containing C-5 propyne analogs of cytidine and uridine have been shown to bind RNA with high affinity and are potent antisense inhibitors of gene expression. Other modifications may also be made, for example to the phosphodiester backbone or to the 2'-hydroxy within the ribose sugar group of the RNA. Nucleic acid constructs of the present disclosure may be DNA or RNA, but are preferably DNA. Therefore, the nucleic acid construct of the present invention can be described and used in the form of DNA, but depending on the intended use, it may also be described and used in the form of RNA.
本明細書において用いられる「合成」核酸またはヌクレオチド配列は、天然に見いだされないが人の手により構築される(結果として天然の産物でない)核酸またはヌクレオチド配列を指す。 As used herein, a "synthetic" nucleic acid or nucleotide sequence refers to a nucleic acid or nucleotide sequence that is not found in nature but is constructed by the hand of man (and as a result is not a product of nature).
本明細書において用いられる用語「ヌクレオチド配列」は、ヌクレオチドのヘテロポリマーまたは核酸分子の5’から3’末端のこれらのヌクレオチドの配列を指し、DNAまたはRNA分子を含み、cDNA、DNAフラグメントまたは部分、ゲノムDNA、合成(例えば化学合成)DNA、プラスミドDNA、mRNA、およびアンチセンスRNAを含み、そのいずれかは一本鎖または二本鎖であってよい。用語「ヌクレオチド配列」「核酸」、「核酸分子」、「オリゴヌクレオチド」および「ポリヌクレオチド」は、本明細書において交換可能に用いられて、ヌクレオチドのヘテロポリマーも指す。別段の指示がされる場合を除き、本明細書において提供される核酸分子および/またはヌクレオチド配列は、本明細書において、5’から3’の方向で左から右に示され、米国の配列規則(連邦規則法典第37巻セクション1.821~1.825)および世界知的所有権機関(WIPO)標準ST.25に示されるヌクレオチドの特徴を表すための標準的なコードを用いて表される。本明細書において用いられる「5’領域」は、5’末端に最も近いポリヌクレオチドの領域を意味し得る。したがって、例えば、ポリヌクレオチドの5’領域内の因子は、ポリヌクレオチドの5’末端に位置する最初のヌクレオチドから、ポリヌクレオチドの半ばに位置するヌクレオチドまでのどこかに位置し得る。本明細書において用いられる「3’領域」は、3’末端に最も近いポリヌクレオチドの領域を意味し得る。したがって、例えば、ポリヌクレオチドの3’領域内の因子は、ポリヌクレオチドの3’末端に位置する最初のヌクレオチドから、ポリヌクレオチドの半ばに位置するヌクレオチドまでのどこかに位置し得る。 The term "nucleotide sequence" as used herein refers to a heteropolymer of nucleotides or a sequence of these nucleotides at the 5' to 3' end of a nucleic acid molecule, including DNA or RNA molecules, cDNA, DNA fragments or portions, Includes genomic DNA, synthetic (eg, chemically synthesized) DNA, plasmid DNA, mRNA, and antisense RNA, any of which may be single-stranded or double-stranded. The terms "nucleotide sequence," "nucleic acid," "nucleic acid molecule," "oligonucleotide" and "polynucleotide" are used interchangeably herein to also refer to a heteropolymer of nucleotides. Unless otherwise indicated, nucleic acid molecules and/or nucleotide sequences provided herein are presented herein from left to right in a 5' to 3' direction and are presented according to the United States Sequence Rules. (37 Code of Federal Regulations, Sections 1.821-1.825) and World Intellectual Property Organization (WIPO) Standards ST. 25 using standard codes to represent the nucleotide characteristics. As used herein, "5' region" may refer to the region of a polynucleotide closest to the 5' end. Thus, for example, an agent within the 5' region of a polynucleotide can be located anywhere from the first nucleotide located at the 5' end of the polynucleotide to a nucleotide located halfway through the polynucleotide. As used herein, "3' region" may refer to the region of a polynucleotide closest to the 3' end. Thus, for example, an agent within the 3' region of a polynucleotide can be located anywhere from the first nucleotide located at the 3' end of the polynucleotide to a nucleotide located halfway through the polynucleotide.
本明細書において用いられる用語「パーセント配列同一性」または「パーセント同一性」は、2つの配列が最適に並べられた場合の、試験(「対象」)ポリヌクレオチド分子(またはその相補鎖)と比較した、参照(「クエリー」)ポリヌクレオチド分子(またはその相補鎖)の直鎖ポリヌクレオチド配列内の同一のヌクレオチドのパーセンテージを指す。一部の実施態様では、「パーセント同一性」は、アミノ酸配列内の同一のアミノ酸のパーセンテージを指し得る。 As used herein, the term "percent sequence identity" or "percent identity" refers to a comparison of a test ("target") polynucleotide molecule (or its complement) when two sequences are optimally aligned. refers to the percentage of identical nucleotides within a linear polynucleotide sequence of a reference (“query”) polynucleotide molecule (or its complement), as determined. In some embodiments, "percent identity" can refer to the percentage of identical amino acids within an amino acid sequence.
「プロトスペーサー配列」は、標的二本鎖DNAを指し、具体的には、合成CRISPR核酸構築物のスペーサー配列と完全または実質的に相補である(およびハイブリダイズする)標的DNAの一部を指す。 "Protospacer sequence" refers to target double-stranded DNA, and specifically refers to the portion of target DNA that is completely or substantially complementary to (and hybridizes to) the spacer sequence of a synthetic CRISPR nucleic acid construct.
本明細書において用いられる用語「低減させる(reduce)」「低減した(reduced)」「低減する(reducing)」「低減(reduction)」「縮小する(diminish)」「抑制する(suppress)」および「減少する(decrease)」(およびそれらの文法的変更)は、例えば、コントロールと比較して、少なくとも約5%、10%、15%、20%、25%、35%、50%、75%、80%、85%、90%、95%、97%、98%、99%、または100%の減少を示す。特定の実施態様では、低減は検出可能な活性または量を生じ得ず、または本質的に生じ得ない(すなわち、些細な量、例えば、約10%未満または実に5%未満)。したがって、一部の実施態様では、Cas9ヌクレアーゼの変異は、Cas9のヌクレアーゼ活性を、コントロール(例えば野生型Cas9)と比較して、少なくとも約5%、10%、15%、20%、25%、35%、50%、75%、80%、85%、90%、95%、97%、98%、99%、または100%低減させ得る。 As used herein, the terms "reduce," "reduced," "reducing," "reduction," "diminish," "suppress," and " "decrease" (and grammatical changes thereof) by, for example, at least about 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 35%, 50%, 75%, Indicates a reduction of 80%, 85%, 90%, 95%, 97%, 98%, 99%, or 100%. In certain embodiments, the reduction may not result in no or essentially no detectable activity or amount (ie, by an insignificant amount, such as less than about 10% or even less than 5%). Thus, in some embodiments, mutations in Cas9 nuclease increase the nuclease activity of Cas9 by at least about 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, as compared to a control (e.g., wild-type Cas9). It may be reduced by 35%, 50%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 97%, 98%, 99%, or 100%.
本明細書において用いられる「リピート配列」は、例えば、「スペーサー配列」により隔てられた野生型CRISPR座または合成CRISPR核酸構築物のリピート配列を指す。リピート配列は、対応する抗-リピート配列に対して、相補(例えば、100%塩基対マッチ)、または、実質的に相補、例えば、少なくとも70%相補(例えば、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、またはそれよりも高い)であり得る。 As used herein, "repeat sequences" refer to repeat sequences of, for example, wild-type CRISPR loci or synthetic CRISPR nucleic acid constructs separated by "spacer sequences." The repeat sequences are complementary (e.g., 100% base pair match), or substantially complementary, e.g., at least 70% complementary (e.g., 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89% , 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, or higher).
本開示の合成CRISPR核酸構築物の「リピート配列」は、随意的な「ジッパー配列」、「バルジ配列」、「ステッチ配列」、および「スペーサー配列」を含む。一部の実施態様では、合成CRISPR核酸構築物は、GR1(他の実施態様ではステッチ配列に含まれる)を含み得る。 "Repeat sequences" of the synthetic CRISPR nucleic acid constructs of the present disclosure include optional "zipper sequences,""bulgesequences,""stitchsequences," and "spacer sequences." In some embodiments, a synthetic CRISPR nucleic acid construct can include G R1 (in other embodiments included in a stitch sequence).
本明細書において用いられる「ジッパー配列」は、合成CRISPR核酸構築物内のバルジ配列の3’または(3’から5’の方向に)すぐ上流に位置するリピート配列の随意的な部分を指し、少なくとも約3個のヌクレオチド(例えば、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30個またはそれよりも多くのヌクレオチド、またはそれらの中の任意の範囲または値)を含み、からなり、または、から本質的になる。一部の実施態様では、ジッパー配列は、「上側ステム(upper stem)」と呼ばれ得る。「ジッパー配列」は、合成tracr核酸構築物上に位置する対応し随意的でもある「抗-ジッパー配列」と、十分な相補性を共有し、したがって、存在する場合は、ジッパー配列と抗-ジッパー配列が接触する際に互いにハイブリダイズすることができ、それにより、2つの核酸構築物を一緒に結合させる。一部の実施態様では、ジッパー/抗-ジッパー配列は、「上側ステム」と呼ぶことができる。ジッパー配列は、対応する抗-ジッパー配列と、完全に相補(例えば100%塩基対マッチ)または実質的に相補、例えば、少なくとも70%相補(例えば、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、またはそれよりも高い)であり得る。したがって、本発明の合成tracr核酸構築物の抗-ジッパー配列は、合成CRISPR核酸構築物または合成CRISPR核酸アレイ内の対応するジッパー配列と完全に相補または実質的に相補である、少なくとも約3個のヌクレオチド(例えば、約3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30個またはそれよりも多いヌクレオチド、またはその中の任意の範囲または値)を含む、からなる、または本質的にからなる。抗-ジッパー配列はRNaseIII結合部位であり、したがって、RNaseIII結合に関与することが当技術分野でよく知られているヌクレオチド配列を含む(例えば、Pertzev and Nicholson,Nucleic Acids Res.34(13):3708-3721(2006)を参照)。 As used herein, "zipper sequence" refers to an optional portion of a repeat sequence located 3' or immediately upstream (in a 3' to 5' direction) of a bulge sequence within a synthetic CRISPR nucleic acid construct, and at least Approximately 3 nucleotides (e.g., 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 or more nucleotides, or any range or value therein), consisting of, or consisting essentially of. In some embodiments, the zipper arrangement may be referred to as an "upper stem." The "zipper sequence" shares sufficient complementarity with the corresponding and optional "anti-zipper sequence" located on the synthetic tracr nucleic acid construct, and thus, when present, the zipper sequence and the anti-zipper sequence. can hybridize to each other when they come into contact, thereby binding the two nucleic acid constructs together. In some embodiments, the zipper/anti-zipper arrangement can be referred to as an "upper stem." The zipper sequences are fully complementary (e.g., 100% base pair match) or substantially complementary, e.g., at least 70% complementary (e.g., 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90% , 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, or higher). Thus, the anti-zipper sequences of the synthetic tracr nucleic acid constructs of the invention must contain at least about 3 nucleotides ( For example, about 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 , 27, 28, 29, 30 or more nucleotides, or any range or value therein). The anti-zipper sequence is an RNase III binding site and therefore includes nucleotide sequences well known in the art to be involved in RNase III binding (e.g., Pertzev and Nicholson, Nucleic Acids Res. 34(13): 3708). -3721 (2006)).
本明細書において用いられる「配列同一性」は、2つの最適に並べられたポリヌクレオチドまたはペプチド配列が、構成要素(例えば、ヌクレオチドまたはアミノ酸)のアライメントのウインドウ全体で不変である程度を指す。「同一性」は、制限されないが:Computational Molecular Biology(Lesk, A.M.,ed.)Oxford University Press,New York(1988);Biocomputing:Informatics and Genome Projects(Smith,D.W.,ed.)Academic Press,New York(1993);Computer Analysis of Sequence Data,Part I(Griffin,A.M.,and Griffin,H.G.,eds.)Humana Press,New Jersey(1994);Sequence Analysis in Molecular Biology(von Heinje,G.,ed.)Academic Press(1987);and Sequence Analysis Primer (Gribskov,M.and Devereux,J.,eds.)Stockton Press,New York(1991)に記載のものを含む公知の方法により、容易に計算することができる。 As used herein, "sequence identity" refers to the extent to which two optimally aligned polynucleotide or peptide sequences are invariant over a window of alignment of constituents (eg, nucleotides or amino acids). "Identity" is not limited to: Computational Molecular Biology (Lesk, A.M., ed.) Oxford University Press, New York (1988); Biocomputing: Informatics and d Genome Projects (Smith, D.W., ed. ) Academic Press, New York (1993); Computer Analysis of Sequence Data, Part I (Griffin, A.M., and Griffin, H.G., eds.) Humana Press, New Jersey (1994); Sequence Analysis in Molecular Biology (von Heinje, G., ed.) Academic Press (1987); and Sequence Analysis Primer (Gribskov, M. and Devereux, J., eds.) Stockton Pr ess, New York (1991). It can be easily calculated using the following method.
本明細書において用いられる「スペーサー配列」は、標的DNA(例えば「プロトスペーサー配列」)に相補のヌクレオチド配列である。スペーサー配列は、標的DNAと、完全に相補または実質的に相補(例えば、少なくとも70%相補(例えば、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、またはそれよりも高い))であり得る。代表的な実施態様では、スペーサー配列は、標的DNAと100%の相補性を有する。さらなる実施態様では、標的DNAに対するスペーサー配列の3’領域の相補性は100%であるが、スペーサーの5’領域では100%よりも低く、したがって、標的DNAに対するスペーサー配列の全体的な相補性は100%未満である。したがって、例えば、20個のヌクレオチドスペーサー配列の3’領域における、最初の7、8、9、10、11、12、13、14、15、16個などのヌクレオチド(シード配列)は、標的DNAと100%相補であり得て、一方で、スペーサー配列の5’領域における残りのヌクレオチドは、標的DNAと実質的に相補(例えば、少なくとも約70%相補)である。一部の実施態様では、スペーサー配列の最初の7~12個のヌクレオチドは、標的DNAと100%相補であり得て、一方で、スペーサー配列の5’領域における残りのヌクレオチドは、標的DNAと実質的に相補(例えば、少なくとも約70%相補)である。他の実施態様では、スペーサー配列の最初の7~10個のヌクレオチドは標的DNAと100%相補であり得て、一方で、スペーサー配列の5’領域における残りのヌクレオチドは標的DNAと実質的に相補(例えば、少なくとも約70%相補)である。代表的な実施態様では、スペーサー配列の最初の7個のヌクレオチドは標的DNAと100%相補であり得て、一方で、スペーサー配列の5’領域における残りのヌクレオチドは標的DNAと実質的に相補(例えば、少なくとも約70%相補)である。 As used herein, a "spacer sequence" is a nucleotide sequence that is complementary to target DNA (eg, a "protospacer sequence"). The spacer sequence is completely complementary or substantially complementary (e.g., at least 70% complementary (e.g., 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94% , 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, or higher)). In a typical embodiment, the spacer sequence has 100% complementarity with the target DNA. In a further embodiment, the complementarity of the 3' region of the spacer sequence to the target DNA is 100%, but less than 100% in the 5' region of the spacer, so that the overall complementarity of the spacer sequence to the target DNA is Less than 100%. Thus, for example, the first 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, etc. nucleotides (seed sequence) in the 3' region of a 20 nucleotide spacer sequence are linked to the target DNA. It may be 100% complementary, while the remaining nucleotides in the 5' region of the spacer sequence are substantially complementary (eg, at least about 70% complementary) to the target DNA. In some embodiments, the first 7-12 nucleotides of the spacer sequence can be 100% complementary to the target DNA, while the remaining nucleotides in the 5' region of the spacer sequence are substantially complementary to the target DNA. are substantially complementary (eg, at least about 70% complementary). In other embodiments, the first 7-10 nucleotides of the spacer sequence can be 100% complementary to the target DNA, while the remaining nucleotides in the 5' region of the spacer sequence are substantially complementary to the target DNA. (eg, at least about 70% complementary). In an exemplary embodiment, the first seven nucleotides of the spacer sequence may be 100% complementary to the target DNA, while the remaining nucleotides in the 5' region of the spacer sequence may be substantially complementary to the target DNA ( for example, at least about 70% complementary).
本明細書において用いられる「ステッチ配列」は、約5個の長さのヌクレオチドを含み、から本質的になり、またはからなり、NNTNNのコンセンサスヌクレオチド配列を有する、ヌクレオチド配列を指す。「ステッチ配列」は、合成CRISPR核酸構築物上で、(5’から3’の方向に)「バルジ配列」のすぐ上流および「GR1」の下流に位置する。「ステッチ配列」は高AT含有量を有する傾向があり、合成tracr核酸構築物内に位置する「抗-ステッチ配列」にハイブリダイズする。一部の特定の実施態様では、ステッチ配列は、(5’から3’の方向に)NNTNN、TTTGT、TTTTA、(T/C)(T/C)T(T/C)(T/G)、TTTTA、TTTCAのヌクレオチド配列を含む、から本質的になる、またはからなる。 As used herein, "stitched sequence" refers to a nucleotide sequence comprising, consisting essentially of, or consisting of about 5 nucleotides in length and having a consensus nucleotide sequence of NNTNN. The "stitch sequence" is located (in the 5' to 3' direction) immediately upstream of the "bulge sequence" and downstream of "G R1 " on the synthetic CRISPR nucleic acid construct. "Stitch sequences" tend to have high AT content and hybridize to "anti-stitch sequences" located within synthetic tracr nucleic acid constructs. In some particular implementations, the stitch arrangement is (in the 5' to 3' direction) NNTNN, TTTGT, TTTTA, (T/C) (T/C) T (T/C) (T/G) , consisting essentially of, or consisting of the nucleotide sequence , TTTTA, TTTCA.
本明細書において用いられる「抗-ステッチ配列」は、ステッチ配列と完全に相補でハイブリダイズするヌクレオチド配列(例えば、NNANN、ACAAA、TAAAA、(T/C)(A/G)T(A/G)(A/G)、TAAAA、TGAAA)を指す。抗-ステッチ配列は、合成tracr核酸構築物上で、(5’から3’の方向に)バルジ配列のすぐ下流および「ネクサス配列」のすぐ上流に位置する。いかなる特定の理論にも拘束されることを望まずに、合成tracrRNA構築物の抗-ステッチ配列との、合成crRNA構築物のステッチ配列のハイブリダイゼーションは、「バルジ配列」の後の再建塩基対合に関与すると考えられる。一部の実施態様では、ステッチ/抗-ステッチは、「下側ステム(lower stem)」と呼ぶことができる。 As used herein, an "anti-stitch sequence" is a nucleotide sequence that is fully complementary and hybridizes to a stitch sequence (e.g., NNANN, ACAAA, TAAAA, (T/C) (A/G) T (A/G ) (A/G), TAAAA, TGAAA). The anti-stitch sequence is located (in the 5' to 3' direction) immediately downstream of the bulge sequence and immediately upstream of the "nexus sequence" on the synthetic tracr nucleic acid construct. Without wishing to be bound by any particular theory, hybridization of the stitch sequence of the synthetic crRNA construct with the anti-stitch sequence of the synthetic tracrRNA construct involves reconstructive base pairing after the "bulge sequence." It is thought that then. In some embodiments, the stitch/anti-stitch can be referred to as a "lower stem."
本明細書において用いられる、2つの核酸分子、ヌクレオチド配列またはタンパク質配列の関連における語句「実質的に同一」または「実質的な同一性」は、最大一致に関して比較およびアライメントした場合、以下の配列比較アルゴリズムの1つを用いた測定または目視検査により、少なくとも約70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、および/または100%のヌクレオチドまたはアミノ酸残基同一性を有する2以上の配列またはサブシーケンスを指す。本発明の一部の実施態様では、実質的な同一性は、少なくとも約50残基~約150残基の長さである配列の領域にわたって存在する。したがって、本発明の一部の実施態様では、実質的な同一性は、少なくとも約3~約15(例えば、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15残基の長さなど、またはその中の任意の値または任意の範囲)、少なくとも約5~約30、少なくとも約10~約30、少なくとも約16~約30、少なくとも約18~少なくとも約25、少なくとも約18、少なくとも約22、少なくとも約25、少なくとも約30、少なくとも約40、少なくとも約50、約60、約70、約80、約90、約100、約110、約120、約130、約140、約150、またはそれよりも多くの残基の長さ、およびその中の任意の範囲である配列の領域にわたって存在する。代表的な実施態様では、配列は、少なくとも約22個のヌクレオチドにわたって実質的に同一であり得る。一部の特定の実施態様では、配列は、少なくとも約150残基にわたって実質的に同一である。一部の実施態様では、本発明の配列は、少なくとも約16個のヌクレオチド~約25個のヌクレオチドにわたって、約70%~約100%同一であり得る。一部の実施態様では、本発明の配列は、少なくとも約16個のヌクレオチド~約25個のヌクレオチドにわたって、約75%~約100%同一であり得る。さらなる実施態様では、本発明の配列は、少なくとも約16個のヌクレオチド~約25個のヌクレオチドにわたって、約80%~約100%同一であり得る。さらなる実施態様では、本発明の配列は、少なくとも約7個のヌクレオチド~約25個のヌクレオチドにわたって、約80%~約100%同一であり得る。一部の実施態様では、本発明の配列は、少なくとも約18個のヌクレオチドにわたって、約70%同一であり得る。他の実施態様では、配列は、約22ヌクレオチドにわたって、約85%同一であり得る。さらに他の実施態様では、配列は、約16個のヌクレオチドにわたって、100%相同であり得る。さらなる実施態様では、配列は、コード領域の長さ全体にわたって実質的に同一である。さらに、代表的な実施態様では、実質的に同一のヌクレオチドまたはタンパク質配列は、実質的に同一の機能(例えば、Cas9 HNHおよび/またはRuvCニッカーゼ活性)を発揮する。 As used herein, the phrase "substantially identical" or "substantial identity" in the context of two nucleic acid molecules, nucleotide sequences or protein sequences, when compared and aligned for maximum correspondence, refers to the following sequence comparisons: At least about 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, as determined by measurement using one of the algorithms or by visual inspection. , 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98 %, 99%, and/or 100% nucleotide or amino acid residue identity. In some embodiments of the invention, substantial identity exists over a region of the sequences that is at least about 50 residues to about 150 residues in length. Thus, in some embodiments of the invention, substantial identity is at least about 3 to about 15 (e.g., 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, or any value or range therein), at least about 5 to about 30, at least about 10 to about 30, at least about 16 to about 30, at least about 18 to at least about 25, at least about 18, at least about 22, at least about 25, at least about 30, at least about 40, at least about 50, about 60, about 70, about 80, about 90, about 100, about 110, about 120, about 130, It exists over a region of the sequence that is about 140, about 150, or more residues in length, and any range therein. In representative embodiments, the sequences may be substantially identical over at least about 22 nucleotides. In certain embodiments, the sequences are substantially identical over at least about 150 residues. In some embodiments, sequences of the invention may be about 70% to about 100% identical over at least about 16 nucleotides to about 25 nucleotides. In some embodiments, sequences of the invention may be about 75% to about 100% identical over at least about 16 nucleotides to about 25 nucleotides. In further embodiments, sequences of the invention may be about 80% to about 100% identical over at least about 16 nucleotides to about 25 nucleotides. In further embodiments, sequences of the invention may be about 80% to about 100% identical over at least about 7 nucleotides to about 25 nucleotides. In some embodiments, sequences of the invention may be about 70% identical over at least about 18 nucleotides. In other embodiments, the sequences may be about 85% identical over about 22 nucleotides. In yet other embodiments, the sequences may be 100% homologous over about 16 nucleotides. In further embodiments, the sequences are substantially identical over the length of the coding region. Furthermore, in representative embodiments, substantially identical nucleotide or protein sequences perform substantially the same function (eg, Cas9 HNH and/or RuvC nickase activity).
配列比較のために、典型的に、1つの配列は、試験配列が比較される参照配列としての役割がある。配列比較アルゴリズムを用いる場合、試験および比較配列がコンピューターに入力され、必要な場合はサブシーケンス座標が指定されて、配列アルゴリズムプログラムパラメーターが指定される。それから、配列比較アルゴリズムは、指定されたプログラムパラメーターに基づき、参照配列に対する試験配列(単数または複数)のパーセント配列同一性を計算する。 For sequence comparisons, typically one sequence serves as a reference sequence to which test sequences are compared. When using a sequence comparison algorithm, test and comparison sequences are entered into a computer, subsequence coordinates are designated, if necessary, and sequence algorithm program parameters are designated. The sequence comparison algorithm then calculates the percent sequence identity of the test sequence(s) to the reference sequence based on the specified program parameters.
比較ウインドウを並べるための最適な配列アライメントは当業者に広く知られ、Smith and Watermanのローカル相同性アルゴリズム、Needleman and Wunschの相同性アライメントアルゴリズム、Pearson and Lipmanの類似性検索方法などのツールにより、および場合により、GCG(登録商標)Wisconsin Package(登録商標)(Accelrys Inc.,San Diego,CA)の一部として利用可能なGAP、BESTFIT、FASTA、および、TFASTAなどのアルゴリズムのコンピューター実施により、行ない得る。試験配列および参照配列のアライメントされた区分の「同一性分数」は、2つの並べられた配列が共有する同一の構成要素の数を、参照配列セグメント(すなわち、参照配列全体または参照配列のより小さな規定部分)内の構成要素の全数で割った数である。パーセント配列同一性は、同一性分数に100をかけて表される。1つまたは複数のポリヌクレオチド配列の比較は、全長ポリヌクレオチド配列またはその一部に対して、または、より長いポリヌクレオチド配列に対して、され得る。本発明の目的に関し、「パーセント同一性」は、翻訳ヌクレオチド配列のためのBLASTX version 2.0およびポリヌクレオチド配列のためのBLASTN version 2.0を用いて決定されてもよい。 Optimal sequence alignments for aligning comparison windows are well known to those skilled in the art and can be performed using tools such as the local homology algorithm of Smith and Waterman, the homology alignment algorithm of Needleman and Wunsch, the similarity search method of Pearson and Lipman, and Optionally, this can be done by computer implementation of algorithms such as GAP, BESTFIT, FASTA, and TFASTA, available as part of the GCG® Wisconsin Package® (Accelrys Inc., San Diego, CA). . The "fractional identity" of an aligned section of a test and reference sequence is the number of identical components that two aligned sequences share, compared to a reference sequence segment (i.e., the entire reference sequence or a smaller portion of the reference sequence). This is the number divided by the total number of components in the specified part). Percent sequence identity is expressed as the fraction of identity multiplied by 100. Comparisons of one or more polynucleotide sequences can be made to a full-length polynucleotide sequence or a portion thereof, or to a longer polynucleotide sequence. For purposes of the present invention, "percent identity" may be determined using BLASTX version 2.0 for translated nucleotide sequences and BLASTN version 2.0 for polynucleotide sequences.
BLAST解析を行なうためのソフトウェアは、国立生物工学情報センターを通じて一般に利用可能である。このアルゴリズムは、データベース配列内の同じ長さのワードと並べた場合に、一部の正の値の閾値スコアTと一致する、または満たす、クエリー配列内の長さWのショートワードを特定することにより、高スコア配列ペア(HSP)を最初に特定するステップを含む。Tは、隣接ワードスコア閾値と呼ばれる(Altschul et al.,1990)。これらの最初の隣接ワードヒットは、それらを含むより長いHSPを見つけるためのサーチを始める種として作用する。それから、ワードヒットは、累積アライメントスコアが増加し得る限り、各配列に沿って両方向に伸びる。累積スコアは、ヌクレオチド配列について、パラメーターM(一致する残基のペアに関する恩恵スコア;常に>0)およびN(ミスマッチ残基に関するペナルティスコア;常に<0)を用いて計算される。アミノ酸配列については、スコアマトリックスを用いて累積スコアを計算する。各方向でのワードヒットの伸長は、累積アライメントスコアがその最大達成値から量X低下した場合は停止し、1つまたは複数の負のスコアの残基アライメントの蓄積、またはいずれかの配列が終わりに到達したことに起因して、累積スコアは0以下になる。BLASTアルゴリズムパラメーターW、T、およびXは、アライメントの感度および速度を決定する。BLASTNプログラム(ヌクレオチド配列)は、デフォルトとして、ワード長(W)11、期待値(E)10、カットオフ100、M=5、N=-4、および両方の鎖の比較を使用する。アミノ酸配列に関しては、BLASTPプログラムは、デフォルトとして、ワード長(W)3、期待値(E)10、およびBLOSUM62スコアマトリックスを使用する(Henikoff&Henikoff,Proc.Natl.Acad.Sci.USA89:10915(1989)を参照)。 Software for performing BLAST analyzes is publicly available through the National Center for Biotechnology Information. This algorithm identifies short words of length W in the query array that, when aligned with words of the same length in the database array, match or satisfy some positive value threshold score T. The method includes first identifying high scoring sequence pairs (HSPs). T is called the neighborhood word score threshold (Altschul et al., 1990). These initial neighborhood word hits act as seeds to initiate searches to find longer HSPs containing them. Word hits are then extended in both directions along each sequence as far as the cumulative alignment score can be increased. Cumulative scores are calculated for nucleotide sequences using the parameters M (benefit score for pairs of matching residues; always >0) and N (penalty score for mismatched residues; always <0). For amino acid sequences, a scoring matrix is used to calculate the cumulative score. Extension of word hits in each direction stops if the cumulative alignment score decreases by an amount The cumulative score becomes 0 or less due to reaching . BLAST algorithm parameters W, T, and X determine the sensitivity and speed of alignment. The BLASTN program (nucleotide sequences) uses as defaults a wordlength (W) of 11, an expectation (E) of 10, a cutoff of 100, M=5, N=-4, and a comparison of both strands. For amino acid sequences, the BLASTP program uses as defaults a word length (W) of 3, an expectation (E) of 10, and a BLOSUM62 scoring matrix (Henikoff & Henikoff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89:10915 (1989) ).
パーセント配列同一性の計算に加え、BLASTアルゴリズムは、2つの配列間の類似性の統計分析も行う(例えば、Karlin&Altschul,Proc.Nat’l.Acad.Sci.USA90:5873 5787 (1993)を参照)。BLASTアルゴリズムにより提供される類似性の1つの評価基準は最小和確率(P(N))であり、2つのヌクレオチドまたはアミノ酸配列の間で一致が偶然に生じる確率の示度を提供する。例えば、参照ヌクレオチド配列に対する試験ヌクレオチド配列の比較における最小和確率が約0.1未満~約0.001未満である場合に、試験核酸配列は参照配列と類似すると考えられる。したがって、本発明の一部の実施態様では、参照ヌクレオチド配列に対する試験ヌクレオチド配列の比較における最小和確率は、約0.001未満である。 In addition to calculating percent sequence identity, the BLAST algorithm also performs a statistical analysis of the similarity between two sequences (see, e.g., Karlin & Altschul, Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA90:5873 5787 (1993)). . One measure of similarity provided by the BLAST algorithm is the minimum sum probability (P(N)), which provides an indication of the probability that a match between two nucleotide or amino acid sequences would occur by chance. For example, a test nucleic acid sequence is considered similar to a reference sequence if the minimum sum probability in a comparison of the test nucleotide sequence to the reference nucleotide sequence is less than about 0.1 to less than about 0.001. Thus, in some embodiments of the invention, the minimum sum probability in a comparison of a test nucleotide sequence to a reference nucleotide sequence is less than about 0.001.
また、2つのヌクレオチド配列は、2つの配列がストリンジェントな条件下で互いにハイブリダイズする場合に、実質的に相補であると考えることができる。一部の代表的な実施態様では、実質的に相補であると考えられる2つのヌクレオチド配列は、高ストリンジェントな条件下で、互いにハイブリダイズする。 Also, two nucleotide sequences can be considered to be substantially complementary when the two sequences hybridize to each other under stringent conditions. In some exemplary embodiments, two nucleotide sequences that are considered substantially complementary hybridize to each other under high stringency conditions.
サザンおよびノーザンハイブリダイゼーションなどの核酸ハイブリダイゼーション実験の関連における、「ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件」および「ストリンジェントなハイブリダイゼーション洗浄条件」は配列依存性であり、異なる環境パラメーターの下で異なる。核酸のハイブリダイゼーションに対する広範なガイドは、Tijssen Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology-Hybridization with Nucleic Acid Probes part I chapter 2“Overview of principles of hybridization and the strategy of nucleic acid probe assays”Elsevier,New York(1993)に見られる。一般に、高ストリンジェントなハイブリダイゼーションおよび洗浄条件は、規定のイオン強度およびpHでの特異的配列に関する融点(Tm)よりも約5℃低くなるように選択される。 "Stringent hybridization conditions" and "stringent hybridization wash conditions" in the context of nucleic acid hybridization experiments, such as Southern and Northern hybridizations, are sequence-dependent and differ under different environmental parameters. A comprehensive guide to nucleic acid hybridization is available in Tijssen Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology-Hybridization with Nucleic Acid Probe Part I Chapter 2 “Overview of principles of hybridization and the strategy of nuclear acid probe assays” Elsevier, New York ( 1993) seen in Generally, high stringency hybridization and wash conditions are selected to be about 5° C. lower than the melting point (T m ) for the specific sequence at a defined ionic strength and pH.
Tmは、標的配列の50%が完全に一致するプローブにハイブリダイズする、(規定のイオン強度およびpHでの)温度である。非常にストリンジェントな条件は、特異的なプローブに関するTmと等しくなるように選択される。サザンまたはノーザンブロットでのフィルターにおける、100よりも多い相補残基を有する相補ヌクレオチド配列のハイブリダイゼーションに関するストリンジェントなハイブリダイゼーション条件の例は、1mgのヘパリンを含む50%ホルムアミド(42℃)であり、ハイブリダイゼーションは一晩行われる。高ストリンジェントな洗浄条件の例は、0.1 5M NaCl、72℃、約15分である。ストリンジェントな洗浄条件の例は、0.2×SSC洗浄、65℃、15分である(SSCバッファーの説明については、Sambrook(以下)を参照)。バックグラウンドのプローブシグナルを除去するために、高ストリンジェンシーな洗浄の前に低ストリンジェンシーな洗浄を行うことが多い。例えば、100個を超えるヌクレオチドのデュプレックスに関する、中ストリンジェンシーな洗浄の例は、1×SSC、45℃、15分である。例えば、100個を超えるヌクレオチドのデュプレックスに関する、低ストリンジェンシーな洗浄の例は、4~6×SSC、40℃、15分である。短いプローブ(例えば、約10~50個のヌクレオチド)に関しては、ストリンジェントな条件は典型的に、約1.0M未満のNaイオンの塩濃度、典型的に、約0.01~1.0MのNaイオン濃度(または他の塩)(pH7.0~8.3)を含み、温度は典型的に、少なくとも約30℃である。また、ストリンジェントな条件は、ホルムアミドなどの不安定化剤の添加によっても達成することができる。一般に、特定のハイブリダイゼーションアッセイにおいて、関係のないプローブについて見られるものより2倍の(またはそれより高い)シグナル・ノイズ比は、特異的なハイブリダイゼーションの検出を示す。ストリンジェントな条件下で互いにハイブリダイズしないヌクレオチド配列は、それらがコードするタンパク質が実質的に同一であるならば、依然として実質的に同一である。これは、例えば、遺伝子コードにより許容される最大コドン縮退を用いてヌクレオチド配列のコピーが作られる場合に生じ得る。 The T m is the temperature (at defined ionic strength and pH) at which 50% of the target sequence hybridizes to a perfectly matched probe. Highly stringent conditions are selected to equal the T m for the specific probe. Examples of stringent hybridization conditions for hybridization of complementary nucleotide sequences with more than 100 complementary residues in filters in Southern or Northern blots are 50% formamide (42° C.) with 1 mg heparin; Hybridization is carried out overnight. An example of high stringency wash conditions is 0.1 5M NaCl at 72°C for about 15 minutes. An example of stringent wash conditions is a 0.2×SSC wash at 65° C. for 15 minutes (see Sambrook (below) for a description of SSC buffer). A low stringency wash is often performed before a high stringency wash to remove background probe signal. For example, for duplexes of greater than 100 nucleotides, an example of a moderate stringency wash is 1×SSC, 45° C., 15 minutes. For example, for duplexes of greater than 100 nucleotides, an example of a low stringency wash is 4-6×SSC, 40° C., 15 minutes. For short probes (e.g., about 10-50 nucleotides), stringent conditions typically include a Na ion salt concentration of less than about 1.0M, typically about 0.01-1.0M. including a Na ion concentration (or other salt) (pH 7.0-8.3) and a temperature typically at least about 30°C. Stringent conditions can also be achieved by the addition of destabilizing agents such as formamide. Generally, in a particular hybridization assay, a signal-to-noise ratio that is twice (or higher) than that seen for an unrelated probe indicates the detection of specific hybridization. Nucleotide sequences that do not hybridize to each other under stringent conditions are still substantially identical if the proteins they encode are substantially identical. This can occur, for example, when copies of a nucleotide sequence are made using the maximum codon degeneracy allowed by the genetic code.
以下は、本発明の参照ヌクレオチド配列と実質的に同一である相同ヌクレオチド配列をクローニングするために用いられ得る、ハイブリダイゼーション/洗浄条件のセットの例である。一実施態様では、参照ヌクレオチド配列は、7%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5M NaPO4、1mM EDTA(50℃)中、2×SSC、0.1%SDSの洗浄(50℃)で、「試験」ヌクレオチド配列とハイブリダイズする。別の実施態様では、参照ヌクレオチド配列は、7%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5M NaPO4、1mM EDTA(50℃)中、1×SSC、0.1%SDSの洗浄(50℃)で、または、7%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5M NaPO4、1mM EDTA(50℃)中、0.5×SSC、0.1%SDSの洗浄(50℃)で、「試験」ヌクレオチド配列とハイブリダイズする。また、さらなる実施態様では、参照ヌクレオチド配列は、7%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5M NaPO4、1mM EDTA(50℃)中、0.1×SSC、0.1%SDSの洗浄(50℃)で、または7%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5M NaPO4、1mM EDTA(50℃)中、0.1×SSC、0.1%SDSの洗浄(65℃)で、「試験」ヌクレオチド配列とハイブリダイズする。 The following is an example of a set of hybridization/wash conditions that can be used to clone homologous nucleotide sequences that are substantially identical to a reference nucleotide sequence of the invention. In one embodiment, the reference nucleotide sequence was prepared in 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA (50° C.) with a wash of 2×SSC, 0.1% SDS (50° C.). Hybridizes with a "test" nucleotide sequence. In another embodiment, the reference nucleotide sequence was prepared in 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA (50° C.) in a 1× SSC, 0.1% SDS wash (50° C.). , or "test" nucleotide sequences in 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA (50° C.) with a wash of 0.5× SSC, 0.1% SDS (50° C.). Hybridize with. In a further embodiment, the reference nucleotide sequence was prepared in 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA (50° C.) with a 0.1× SSC, 0.1% SDS wash (50° C.). "Test" at 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA (50 °C) or with a wash (65 °C) of 0.1x SSC, 0.1% SDS (65 °C). hybridizes with the nucleotide sequence.
本発明の任意のヌクレオチド配列および/または組み換え核酸分子は、任意の目的の種での発現のためにコドン最適化され得る。コドン最適化は当技術分野で広く知られていて、種特異的なコドン使用頻度を用いたコドン使用バイアスに関するヌクレオチド配列の改変を含む。コドン使用頻度は、目的の種に関して最も高く発現される遺伝子の配列解析に基づいて作られる。ヌクレオチド配列が核内で発現される場合、コドン使用頻度は、目的の種に関して高発現の核遺伝子の配列解析に基づいて作られる。ヌクレオチド配列の改変は、種特有のコドン使用頻度を、天然のポリヌクレオチド配列に存在するコドンと比較することにより決定される。当分野において理解されるように、ヌクレオチド配列のコドン最適化は、天然のヌクレオチド配列と100%未満の同一性(例えば、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%など)を有するが、依然としてオリジナルの天然のヌクレオチド配列によりコードされるものと同一の機能を有するポリペプチドをコードする、ヌクレオチド配列を生じさせる。したがって、本発明の代表的な実施態様では、本発明のヌクレオチド配列および/または組み換え核酸分子は、特定の目的の種での発現のためにコドン最適化され得る。 Any nucleotide sequence and/or recombinant nucleic acid molecule of the invention can be codon-optimized for expression in any desired species. Codon optimization is widely known in the art and involves modifying nucleotide sequences for codon usage bias using species-specific codon usage. Codon usage is generated based on sequence analysis of the most highly expressed genes for the species of interest. If the nucleotide sequence is expressed in the nucleus, codon usage is generated based on sequence analysis of highly expressed nuclear genes for the species of interest. Nucleotide sequence modifications are determined by comparing species-specific codon usage to codons present in the native polynucleotide sequence. As understood in the art, codon optimization of a nucleotide sequence is defined as codon optimization of a nucleotide sequence with less than 100% identity (e.g., 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%). %, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, etc.), but still has the same function as that encoded by the original natural nucleotide sequence. Generate a nucleotide sequence. Thus, in a representative embodiment of the invention, the nucleotide sequences and/or recombinant nucleic acid molecules of the invention may be codon-optimized for expression in a particular species of interest.
一部の実施態様では、本発明の組み換え核酸分子、ヌクレオチド配列およびポリペプチドは、「分離される」。「分離された」核酸分子、「分離された」ヌクレオチド配列または「分離された」ポリペプチドは、人の手によりその天然環境から離れて存在し、したがって天然の産物ではない、核酸分子、ヌクレオチド配列またはポリペプチドである。分離された核酸分子、ヌクレオチド配列またはポリペプチドは、天然起源の生物またはウイルスの他の構成要素の少なくとも一部、例えば、細胞またはウイルスの構造上の構成要素または他のポリペプチドまたはポリヌクレオチドと関連して一般に見いだされる核酸から、少なくとも部分的に切り離された、精製された形態で存在し得る。代表的な実施態様では、分離された核酸分子、分離されたヌクレオチド配列および/または分離されたポリペプチドは、少なくとも約1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、またはそれよりも高い純度である。 In some embodiments, recombinant nucleic acid molecules, nucleotide sequences and polypeptides of the invention are "separated." An “isolated” nucleic acid molecule, nucleotide sequence, or “isolated” polypeptide is a nucleic acid molecule, nucleotide sequence that exists apart from its natural environment in the hands of man and is therefore not a product of nature. or a polypeptide. The isolated nucleic acid molecule, nucleotide sequence or polypeptide is associated with at least a portion of other components of an organism or virus of natural origin, such as structural components of a cell or virus or other polypeptides or polynucleotides. may exist in purified form, at least partially separated from the nucleic acids commonly found as In representative embodiments, the isolated nucleic acid molecules, isolated nucleotide sequences and/or isolated polypeptides have at least about 1%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50% , 60%, 70%, 80%, 90%, 95% or higher purity.
他の実施態様では、分離された核酸分子、ヌクレオチド配列またはポリペプチドは、非天然の環境(例えば組み換え宿主細胞)内に存在し得る。したがって、例えばヌクレオチド配列に関しては、用語「分離された」は、それが天然に生じる染色体および/または細胞から切り離されることを意味する。また、ポリヌクレオチドは、それが天然に生じる染色体および/または細胞から切り離され、それから、それが天然に生じない遺伝的状況、染色体および/または細胞(例えば、異なる宿主細胞、異なる制御配列、および/または天然に見られるのと異なるゲノム内の位置)に挿入される場合もまた、分離される。したがって、組み換え核酸分子、ヌクレオチド配列およびそれらのコードされるポリペプチドは、人の手により、それらの天然環境から離れて存在し、したがって、天然の産物ではない点で「分離される」が、一部の実施態様では、組み換え宿主細胞内に導入され存在することができる。 In other embodiments, the isolated nucleic acid molecule, nucleotide sequence or polypeptide may be present in a non-natural environment (eg, a recombinant host cell). Thus, for example, with respect to a nucleotide sequence, the term "isolated" means that it is separated from the naturally occurring chromosome and/or cell. Also, a polynucleotide can be separated from the chromosome and/or cell in which it naturally occurs and then placed in a genetic context, chromosome and/or cell in which it does not naturally occur (e.g., a different host cell, a different regulatory sequence, and/or or at a location in the genome that differs from that found in nature). Thus, recombinant nucleic acid molecules, nucleotide sequences, and their encoded polypeptides are "separated" in that they exist apart from their natural environment in the hands of man and are therefore not products of nature; In some embodiments, it can be introduced and present within a recombinant host cell.
本明細書に記載の任意の実施態様では、本発明のヌクレオチド配列および/または組み換え核酸分子は、様々な生物細胞での発現のための様々なプロモーターおよび他の制御因子と動作可能に関連することができる。したがって、代表的な実施態様では、本発明の組み換え核酸は、1つまたは複数のヌクレオチド配列に作動可能に連結された、1つまたは複数のプロモーターをさらに含むことができる。 In any embodiment described herein, the nucleotide sequences and/or recombinant nucleic acid molecules of the invention are operably associated with various promoters and other control elements for expression in various biological cells. Can be done. Thus, in representative embodiments, the recombinant nucleic acids of the invention can further include one or more promoters operably linked to the one or more nucleotide sequences.
本明細書において用いられる「作動可能に連結」または「動作可能に関連」により、示された因子が互いに機能的に関連し、また一般に、物理的にも関連することを意味する。したがって、本明細書において用いられる用語「作動可能に連結」または「動作可能に関連」は、機能的に関係がある単一核酸分子上のヌクレオチド配列を指す。したがって、第二のヌクレオチド配列に作動可能に連結された第一のヌクレオチド配列は、第一のヌクレオチド配列が、第二のヌクレオチド配列と機能的関係で配置される状況を意味する。例えば、プロモーターがヌクレオチド配列の転写または発現を果たす場合に、プロモーターは前記ヌクレオチド配列と動作可能に関連する。当業者は、コントロール配列がその発現を方向付けるように機能する限り、コントロール配列(例えばプロモーター)は、それが動作可能に関連するヌクレオチド配列と隣接している必要はないことを理解するだろう。したがって、例えば、介在する非翻訳でなお転写される配列が、プロモーターとヌクレオチド配列との間に存在してよく、プロモーターは依然としてヌクレオチド配列に「作動可能に連結」していると考えることができる。 By "operably linked" or "operably associated" as used herein, it is meant that the indicated factors are functionally related to each other, and generally also physically related. Thus, the terms "operably linked" or "operably related" as used herein refer to nucleotide sequences on a single nucleic acid molecule that are functionally related. Thus, a first nucleotide sequence operably linked to a second nucleotide sequence refers to a situation in which the first nucleotide sequence is placed in a functional relationship with the second nucleotide sequence. For example, a promoter is operably associated with a nucleotide sequence if the promoter effects transcription or expression of the nucleotide sequence. Those skilled in the art will appreciate that a control sequence (eg, a promoter) need not be contiguous with the nucleotide sequence with which it is operably associated, so long as the control sequence functions to direct its expression. Thus, for example, an intervening untranslated but still transcribed sequence may be present between the promoter and the nucleotide sequence and the promoter can still be considered "operably linked" to the nucleotide sequence.
「プロモーター」は、プロモーターと動作可能に関連するヌクレオチド配列の転写をコントロールまたは制御するヌクレオチド配列(すなわち、コード配列)である。コード配列は、ポリペプチドおよび/または機能性RNAをコードし得る。典型的に、「プロモーター」は、RNAポリメラーゼIIに関する結合部位を含むヌクレオチド配列を指し、転写の開始を管理する。一般に、プロモーターは、5’または対応するコード配列のコード領域のスタートに対して上流に見られる。プロモーター領域は、遺伝子発現のレギュレーターとして作用する他の因子を含んでよい。これらはTATAボックスコンセンサス配列を含み、そして、CAATボックスコンセンサス配列を含むことが多い(Breathnach and Chambon,(1981) Annu.Rev.Biochem.50:349)。植物では、CAATボックスはAGGAボックスで置き換えられ得る(Messing et al.,(1983)in Genetic Engineering of Plants,T.Kosuge,C.Meredith and A.Hollaender(eds.),Plenum Press,pp.211-227)。 A "promoter" is a nucleotide sequence (ie, a coding sequence) that controls or regulates the transcription of a nucleotide sequence operably associated with the promoter. The coding sequence may encode a polypeptide and/or functional RNA. Typically, "promoter" refers to a nucleotide sequence that contains binding sites for RNA polymerase II and directs the initiation of transcription. Generally, promoters are found 5' or upstream to the start of the coding region of the corresponding coding sequence. The promoter region may contain other factors that act as regulators of gene expression. These contain TATA box consensus sequences and often contain CAAT box consensus sequences (Breathnach and Chambon, (1981) Annu. Rev. Biochem. 50:349). In plants, the CAAT box can be replaced by the AGGA box (Messing et al., (1983) in Genetic Engineering of Plants, T. Kosuge, C. Meredith and A. Hollaender (eds.), Plenum Press, pp.211- 227).
プロモーターは、組み換え核酸分子(すなわち、「キメラ遺伝子」または「キメラポリヌクレオチド」)の調製で用いるための、例えば、構成的、誘導性、時間的に制御された、発生学的に制御された、化学的に制御された、組織-好適および/または組織-特異的なプロモーターを含んでよい。これらの様々なタイプのプロモーターは、当技術分野で知られている。 Promoters include, for example, constitutive, inducible, temporally regulated, developmentally regulated, Chemically controlled, tissue-friendly and/or tissue-specific promoters may be included. These various types of promoters are known in the art.
プロモーターの選択は、発現のための時間的および空間的要求に応じて変化し、および、形質転換される宿主細胞にも応じて変化する。多くの異なる生物のためのプロモーターは、当技術分野でよく知られている。当分野に存在する広範囲の知識に基づき、適切なプロモーターを、特定の目的宿主生物のために選択することができる。したがって、例えば、モデル生物において、高度に構成的に発現された遺伝子の上流のプロモーターについて多くが知られ、そのような知識は、必要に応じて、他のシステムで容易に利用および実施することができる。 The choice of promoter will vary depending on the temporal and spatial requirements for expression and will also vary depending on the host cell being transformed. Promoters for many different organisms are well known in the art. Based on the extensive knowledge existing in the art, an appropriate promoter can be selected for a particular host organism of interest. Thus, for example, much is known about upstream promoters of highly constitutively expressed genes in model organisms, and such knowledge can be easily utilized and implemented in other systems, if desired. can.
一部の実施態様では、本発明の核酸構築物は、「発現カセット」であってよく、または発現カセット内に含まれてよい。本明細書において用いられる「発現カセット」は、目的のヌクレオチド配列(例えば本発明の核酸構築物(例えば、合成tracr核酸構築物、合成CRISPR核酸構築物、合成CRISPRアレイ、キメラ核酸構築物;目的ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列、cas9ヌクレアーゼをコードするヌクレオチド配列))を含む組み換え核酸分子を意味し、ここで、前記ヌクレオチド配列は、少なくともコントロール配列(例えばプロモーター)と動作可能に関連する。したがって、本発明の一部の態様は、本発明のヌクレオチド配列を発現するように設計された発現カセットを提供する。 In some embodiments, a nucleic acid construct of the invention may be an "expression cassette" or contained within an expression cassette. As used herein, an "expression cassette" refers to a nucleotide sequence of interest (e.g., a nucleic acid construct of the invention (e.g., a synthetic tracr nucleic acid construct, a synthetic CRISPR nucleic acid construct, a synthetic CRISPR array, a chimeric nucleic acid construct); A recombinant nucleic acid molecule comprising a nucleotide sequence, a nucleotide sequence encoding a cas9 nuclease)), wherein said nucleotide sequence is operably associated with at least a control sequence (eg, a promoter). Accordingly, some aspects of the invention provide expression cassettes designed to express the nucleotide sequences of the invention.
目的のヌクレオチド配列を含む発現カセットは、キメラであってよく、それの構成要素の少なくとも1つが、それの他の構成要素の少なくとも1つに対して異種であることを意味する。また、発現カセットは、天然起源であるが異種発現に有用である組み換え型で得られたものであってもよい。 An expression cassette containing a nucleotide sequence of interest may be chimeric, meaning that at least one of its components is heterologous to at least one of its other components. The expression cassette may also be of natural origin but obtained recombinantly, which is useful for heterologous expression.
また、発現カセットは、場合により、選択された宿主細胞内で機能性の転写および/または翻訳終結領域(すなわち終結領域)を含んでもよい。様々な転写終結因子が発現カセットでの使用に利用可能であり、目的の異種ヌクレオチド配列を超えて転写の終結に関与し、mRNAのポリアデニル化を修正する。終結領域は、転写開始領域に対して天然であり得て、作動可能に連結された目的のヌクレオチド配列に対して天然であり得て、宿主細胞に対して天然であり得て、または、別の起源(すなわち、プロモーターに対して、目的のヌクレオチド配列に対して、宿主に対して外因または異種、またはそれらの任意の組み合わせ)に由来し得る。 The expression cassette may also optionally include a transcription and/or translation termination region (ie, a termination region) that is functional in the selected host cell. A variety of transcription termination factors are available for use in expression cassettes and are responsible for terminating transcription beyond the heterologous nucleotide sequence of interest and modifying polyadenylation of the mRNA. The termination region can be native to the transcription initiation region, native to the nucleotide sequence to which it is operably linked, native to the host cell, or another may be derived from a source (ie, exogenous or heterologous to the promoter, to the nucleotide sequence of interest, to the host, or any combination thereof).
また、発現カセットは、形質転換された宿主細胞を選択するために用いることのできる選択可能なマーカーに関するヌクレオチド配列を含むこともできる。本明細書において用いられる「選択可能なマーカー」は、発現した場合に、マーカーを発現している宿主細胞に、区別できる表現型を与え、したがって、そのマーカーを有さないものからそのような形質転換された細胞が区別されるのを可能にする、ヌクレオチド配列を意味する。そのようなヌクレオチド配列は、マーカーが、化学的手段により、例えば選択剤(例えば抗生物質など)を用いることにより、選択することのできる形質を与えるかどうか、または、マーカーが単に、例えばスクリーニング(例えば蛍光)による、観察または試験を介して同定され得る形質であるかどうかに応じて、選択可能なマーカーまたはスクリーニング可能なマーカーのいずれかをコードし得る。もちろん、適切な選択可能なマーカーの多くの例が当技術分野で知られていて、本明細書に記載の発現カセットにおいて用いることができる。 The expression cassette can also include nucleotide sequences for selectable markers that can be used to select transformed host cells. As used herein, a "selectable marker", when expressed, confers on a host cell expressing the marker a distinguishable phenotype, thus distinguishing such traits from those without the marker. means a nucleotide sequence that allows transformed cells to be distinguished. Such nucleotide sequences determine whether the marker confers a trait that can be selected for by chemical means, e.g. by using a selective agent (e.g. an antibiotic, etc.), or whether the marker simply confers a trait that can be selected for, e.g. by screening (e.g. Depending on whether the trait can be identified through observation or testing (by fluorescence), it may encode either a selectable marker or a screenable marker. Of course, many examples of suitable selectable markers are known in the art and can be used in the expression cassettes described herein.
発現カセットに加えて、本明細書に記載の核酸分子およびヌクレオチド配列は、ベクターとの関連で用いることができる。用語「ベクター」は、核酸(単数)(または核酸(複数))を細胞に移行、送達または導入するための組成物を指す。ベクターは、移行、送達または導入されるヌクレオチド配列(単数または複数)を含む核酸分子を含む。宿主生物の形質転換での使用のためのベクターは、当技術分野でよく知られている。ベクターの全般的なクラスの非限定的な例は、限定されないが、二本鎖または一本鎖の直鎖または環状型の、ウイルスベクター、プラスミドベクター、ファージベクター、ファージミドベクター、コスミドベクター、フォスミドベクター、バクテリオファージ、人工染色体、またはアグロバクテリウムバイナリーベクターを含み、自己で伝染または動員が可能であってよく、または不可能であってよい。本明細書に定義されるベクターは、細胞ゲノムへの組込みにより原核生物または真核生物宿主を形質転換することができ、または、染色体外に存在することができる(例えば複製起点を有する自己複製プラスミド)。天然にまたは設計により、放線菌および関連種、細菌および真核生物(例えば、より高度の植物、哺乳類、酵母または真菌細胞)から選択され得る2つの異なる宿主生物での複製が可能であるDNAビヒクルを意味する、シャトルベクターがさらに含まれる。一部の代表的な実施態様では、ベクター内の核酸は、宿主細胞での転写のための適切なプロモーターまたは他の制御因子の制御下であり、作動可能に連結されている。ベクターは、複数の宿主内で機能する二機能性発現ベクターであり得る。ゲノムDNAの場合は、これは、それ自身のプロモーターまたは他の制御因子を含み得て、cDNAの場合は、これは、宿主細胞での発現のための適切なプロモーターまたは他の制御因子の制御下であり得る。したがって、本発明の核酸分子および/または発現カセットは、本明細書に記載され、当技術分野で知られているように、ベクター内に含まれ得る。 In addition to expression cassettes, the nucleic acid molecules and nucleotide sequences described herein can be used in conjunction with vectors. The term "vector" refers to a composition for transferring, delivering, or introducing nucleic acid(s) into a cell. Vectors include nucleic acid molecules that contain the nucleotide sequence(s) to be transferred, delivered or introduced. Vectors for use in transforming host organisms are well known in the art. Non-limiting examples of general classes of vectors include, but are not limited to, viral vectors, plasmid vectors, phage vectors, phagemid vectors, cosmid vectors, fosmids, of double-stranded or single-stranded linear or circular form. Vectors, including bacteriophages, artificial chromosomes, or Agrobacterium binary vectors, may or may not be capable of self-transmission or recruitment. A vector as defined herein can transform a prokaryotic or eukaryotic host by integration into the cellular genome, or it can be extrachromosomal (e.g., a self-replicating plasmid with an origin of replication). ). A DNA vehicle that is capable of replication in two different host organisms, which may be selected from actinobacteria and related species, bacteria and eukaryotes (e.g. higher plants, mammals, yeast or fungal cells), naturally or by design. Further included are shuttle vectors, meaning . In some exemplary embodiments, the nucleic acid within the vector is under the control of and operably linked to a suitable promoter or other control element for transcription in the host cell. The vector can be a bifunctional expression vector that functions in multiple hosts. In the case of genomic DNA, this may contain its own promoter or other control elements; in the case of cDNA, it is under the control of a suitable promoter or other control element for expression in the host cell. It can be. Accordingly, the nucleic acid molecules and/or expression cassettes of the invention may be contained within vectors as described herein and known in the art.
目的のポリヌクレオチドの関連における「導入する(introducing)」、「導入する(introduce)」、「導入された(introduce)」(およびそれらの文法的変更)は、目的のヌクレオチド配列を、宿主生物または前記生物の細胞(例えば、宿主細胞)に、ヌクレオチド配列が細胞の内部に接近するような方法で提示することを意味する。1個よりも多いヌクレオチド配列が導入される場合は、これらのヌクレオチド配列は、単一のポリヌクレオチドまたは核酸構築物の一部として、または別個のポリヌクレオチドまたは核酸構築物として、集まることができ、同一または異なる発現構築物または形質転換ベクター上に位置することができる。したがって、これらのポリヌクレオチドは、細胞単一の形質転換イベントで、別個の形質転換/トランスフェクションイベントで、細胞に導入され得て、または、例えば、それらは従来の繁殖プロトコルにより生物に取り込まれ得る。したがって、本発明の一部の態様では、本発明の1つまたは複数の核酸構築物(例えば、合成tracr核酸構築物、合成CRISPR核酸構築物、合成CRISPRアレイ、キメラ核酸構築物;目的ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列、cas9ヌクレアーゼをコードするヌクレオチド配列など)を、宿主生物または前記宿主生物の細胞に導入することができる。 "Introducing," "introducing," "introducing" (and grammatical variations thereof) in the context of a polynucleotide of interest means that the nucleotide sequence of interest is transferred to a host organism or It means to present a nucleotide sequence to a cell of the organism (eg, a host cell) in such a way that the nucleotide sequence is accessible inside the cell. If more than one nucleotide sequence is introduced, these nucleotide sequences can be assembled as part of a single polynucleotide or nucleic acid construct, or as separate polynucleotide or nucleic acid constructs, and can be identical or Can be located on different expression constructs or transformation vectors. Thus, these polynucleotides can be introduced into cells in a single transformation event, in separate transformation/transfection events, or they can be taken up into an organism by conventional breeding protocols, for example. . Thus, in some aspects of the invention, one or more nucleic acid constructs of the invention (e.g., synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, synthetic CRISPR arrays, chimeric nucleic acid constructs; nucleotide sequences encoding a polypeptide of interest) , a nucleotide sequence encoding a cas9 nuclease, etc.) can be introduced into a host organism or a cell of said host organism.
本明細書において用いられる用語「形質転換」または「トランスフェクション」は、細胞への異種核酸の導入を指す。細胞の形質転換は、安定または一過的であり得る。したがって、一部の実施態様では、宿主細胞または宿主生物は、本発明の核酸分子により安定的に形質転換される。他の実施態様では、宿主細胞または宿主生物は、本発明の組み換え核酸分子により一過的に形質転換される。 The term "transformation" or "transfection" as used herein refers to the introduction of a heterologous nucleic acid into a cell. Transformation of cells can be stable or transient. Thus, in some embodiments, a host cell or host organism is stably transformed with a nucleic acid molecule of the invention. In other embodiments, a host cell or host organism is transiently transformed with a recombinant nucleic acid molecule of the invention.
ポリヌクレオチドの関連における「一過的に形質転換される」は、ポリヌクレオチドが細胞に導入されて、細胞のゲノム内に組込まれないことを意味する。 "Transiently transformed" in the context of a polynucleotide means that the polynucleotide is introduced into a cell and is not integrated into the cell's genome.
細胞内に導入されたポリヌクレオチドの関連における「安定に導入される(stably introducing)」または「安定に導入された(stably introduced)」は、導入されたポリヌクレオチドが細胞のゲノム内に安定的に取り込まれ、したがって細胞がポリヌクレオチドで安定的に形質転換されることを意図する。 "Stable introducing" or "stablely introduced" in the context of polynucleotides introduced into cells means that the introduced polynucleotide is stably introduced into the genome of the cell. It is contemplated that the polynucleotide will be taken up and thus the cells will be stably transformed with the polynucleotide.
本明細書において用いられる「安定した形質転換」または「安定的に形質転換された」は、核酸分子が細胞内に導入されて、細胞のゲノム内に組込むことを意味する。したがって、組み込まれた核酸分子は、その子孫により、より具体的には、複数の後に続く世代の子孫により、受け継がれることが可能である。また、本明細書において用いられる「ゲノム」は、核およびプラスチドゲノムも含み、したがって、例えば葉緑体またはミトコンドリアゲノムへの核酸の組込みを含む。また、本明細書において用いられる安定した形質転換は、染色体外に例えばミニ染色体またはプラスミドとして維持される導入遺伝子も指し得る。 As used herein, "stable transformation" or "stably transformed" means that a nucleic acid molecule is introduced into a cell and integrates into the genome of the cell. Thus, an integrated nucleic acid molecule can be inherited by its descendants, more specifically by multiple subsequent generations of descendants. "Genome" as used herein also includes nuclear and plastid genomes, and thus includes the integration of nucleic acids into, for example, chloroplast or mitochondrial genomes. Stable transformation, as used herein, can also refer to a transgene that is maintained extrachromosomally, eg, as a minichromosome or a plasmid.
一過的な形質転換は、生物内に導入された1つまたは複数の導入遺伝子によりコードされるペプチドまたはポリペプチドの存在を検出することのできる、酵素結合免疫吸着測定法(ELISA)またはウエスタンブロットなどにより、検出され得る。細胞の安定した形質転換は、生物(例えば、植物、哺乳類、昆虫、古細菌、細菌など)に導入された導入遺伝子のヌクレオチド配列と特異的にハイブリダイズする核酸配列を用いた、細胞のゲノムDNAのサザンブロットハイブリダイゼーションアッセイなどにより、検出することができる。細胞の安定した形質転換は、植物または他の生物に導入された導入遺伝子のヌクレオチド配列と特異的にハイブリダイズする核酸配列を用いた、細胞のRNAのノーザンブロットハイブリダイゼーションアッセイなどにより、検出することができる。また、細胞の安定した形質転換は、例えば、導入遺伝子の標的配列(単数または複数)とハイブリダイズする特異的なプライマー配列を用いて、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)または当技術分野でよく知られている他の増幅反応により検出することもでき、導入遺伝子配列の増幅をもたらし、標準的な方法に従って検出することができる。また、形質転換は、当技術分野でよく知られているダイレクトシーケンスおよび/またはハイブリダイゼーションのプロトコルにより検出することもできる。 Transient transformation can be performed by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) or Western blotting, which can detect the presence of peptides or polypeptides encoded by one or more transgenes introduced into the organism. It can be detected by, for example. Stable transformation of a cell involves transfection of a cell's genomic DNA with a nucleic acid sequence that specifically hybridizes with the nucleotide sequence of a transgene introduced into an organism (e.g., a plant, mammal, insect, archaea, bacterium, etc.). can be detected by Southern blot hybridization assay or the like. Stable transformation of a cell can be detected, such as by Northern blot hybridization assay of the RNA of the cell, using a nucleic acid sequence that specifically hybridizes to the nucleotide sequence of the transgene introduced into the plant or other organism. Can be done. Stable transformation of cells can also be performed using, for example, polymerase chain reaction (PCR) or methods well known in the art, using specific primer sequences that hybridize to the target sequence(s) of the transgene. Detection can also be performed by other amplification reactions that result in amplification of the transgene sequence and can be detected according to standard methods. Transformation can also be detected by direct sequencing and/or hybridization protocols well known in the art.
したがって、一部の実施態様では、ヌクレオチド配列、構築物、発現カセットは、一過的に発現することができ、および/または、それらは宿主生物のゲノム内に安定的に取り込まれ得る。 Thus, in some embodiments, the nucleotide sequences, constructs, expression cassettes can be expressed transiently and/or they can be stably integrated into the genome of the host organism.
本発明の組み換え核酸分子/ポリヌクレオチドは、当業者に公知の任意の方法により、細胞内に導入することができる。本発明の一部の実施態様では、細胞の形質転換は、核形質転換を含む。他の実施態様では、細胞の形質転換は、プラスチド形質転換(例えば、葉緑体形質転換)を含む。またさらなる実施態様では、本発明の組み換え核酸分子/ポリヌクレオチドは、従来の繁殖技術を介して細胞に導入することができる。 Recombinant nucleic acid molecules/polynucleotides of the invention can be introduced into cells by any method known to those skilled in the art. In some embodiments of the invention, transformation of cells comprises nuclear transformation. In other embodiments, the transformation of cells comprises plastid transformation (eg, chloroplast transformation). In yet a further embodiment, recombinant nucleic acid molecules/polynucleotides of the invention can be introduced into cells via conventional propagation techniques.
真核生物および原核生物は両方とも、形質転換の手順は広く知られていて当分野においてルーチンであり、文献全体を通して記載される(例えば、Jiang et al.2013.Nat.Biotechnol.31:233-239;Ranetal.Nature Protocols 8:2281-2308(2013)を参照)。 For both eukaryotes and prokaryotes, transformation procedures are widely known and routine in the art, and are described throughout the literature (e.g., Jiang et al. 2013. Nat. Biotechnol. 31:233- 239; Ranetal. Nature Protocols 8:2281-2308 (2013)).
したがって、ヌクレオチド配列は、当技術分野でよく知られている任意の数の方法で、宿主生物またはその細胞に導入することができる。本発明の方法は、1つまたは複数のヌクレオチド配列が生物内に導入されるためには、それらが生物の少なくとも1つの細胞の内部に接近しさえすれば、特定の方法に依存しない。1個よりも多いヌクレオチド配列が導入される場合は、それらは、単一の核酸構築物の一部として、または別個の核酸構築物として、集まることができ、同一または異なる核酸構築物上に位置することができる。したがって、ヌクレオチド配列は、単一の形質転換イベントで、または別個の形質転換イベントで、目的の細胞内に導入することができ、あるいは、関連する場合は、ヌクレオチド配列は、繁殖プロトコルの一部として植物内に取り込むことができる。 Thus, nucleotide sequences can be introduced into a host organism or cells thereof by any number of methods well known in the art. The methods of the invention are not dependent on the particular method by which the nucleotide sequence or sequences are introduced into the organism, as long as they have access to the interior of at least one cell of the organism. If more than one nucleotide sequence is introduced, they can be assembled as part of a single nucleic acid construct or as separate nucleic acid constructs and can be located on the same or different nucleic acid constructs. can. Thus, the nucleotide sequence can be introduced into the cells of interest in a single transformation event or in separate transformation events, or, if relevant, the nucleotide sequence can be introduced as part of a breeding protocol. Can be taken into plants.
本発明は、標的DNAの部位特異的ニック、切断および/または改変のための、および、標的DNAに対する目的ポリペプチドの部位特異的ターゲッティングのための、増大した効率および増大した特異性を有する組成物および方法に関する。 The present invention provides compositions with increased efficiency and increased specificity for site-specific nicking, cleavage and/or modification of target DNA and for site-specific targeting of polypeptides of interest to target DNA. and on methods.
本発明の核酸構築物およびヌクレオチド配列は、構築物または配列の全体的な構造または機能に影響を与えない代替の方法で表すことができる。したがって、例えば、ある場合には、合成CRISPR核酸(crRNA)は、揺らぎ塩基GR1配列(G/U)およびステッチ配列を含むことができ、あるいは、crRNAは、(G/U)揺らぎ塩基を含むステッチ配列を含むことができ、したがって、GR1配列をさらに表さない。ある場合には、GR1は対合しない(すなわちG/AはLjeとミスマッチである、図20)。さらなる等価性は、以下に提供される等価表(表1)に示されるものを含む(図22も参照)。 Nucleic acid constructs and nucleotide sequences of the invention may be represented in alternative ways that do not affect the overall structure or function of the construct or sequence. Thus, for example, in some cases, a synthetic CRISPR nucleic acid (crRNA) can include a wobble base G R1 sequence (G/U) and a stitch sequence; It may contain a stitched sequence and therefore does not further represent the G R1 sequence. In some cases, GR1 does not match (ie, G/A is mismatched with Lje, FIG. 20). Additional equivalences include those shown in the equivalence table (Table 1) provided below (see also Figure 22).
したがって、本発明の一態様では、合成トランスコード化CRISPR(tracr)核酸(例えば、tracrRNA、tracrDNA)構築物が提供され、前記構築物は、5’から3’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む、から本質的になる、またはからなる抗-ジッパー配列;少なくとも約3個のヌクレオチドを含むバルジ配列;NNANNのヌクレオチド配列を含む抗-ステッチ配列;TNANNC、T(A/C)A(A/G)(G/A)C(またはU(A/C)A(A/G)(G/A)C))、TCAAAC、(またはUCAAAC)、TAAGGC(またはUAAGGC)、GATAAGG(またはGAUAAGG)、GATAAGGCTT(またはGAUAAGGCUU)、TCAAG(またはUCAAG)、TCAAGCAA(またはUCAAGCAA)、T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)(またはU(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/U))、GATAAGGCCATGCC、TAAGGCTAGTCC、TCAAGCAAAGC、またはTCAAACAAAGCTTCAGCのヌクレオチド配列を含むネクサス配列;および、少なくとも1つのヘアピンを有するヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を、含み、から本質的になり、またはからなり、前記ヘアピンは、少なくとも3個の一致する塩基対を含み、ここで、抗-ジッパー配列は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、抗-ステッチ配列は、ネクサス配列のすぐ上流に位置し、および、ネクサス配列は、ヘアピン配列のすぐ上流に位置する。一部の実施態様では、抗-ステッチ配列は、NNANN、ACAAA、TAAAA、(T/C)(A/G)T(A/G)(A/G)、TAAAA、TGAAAのヌクレオチド配列を、含む、から本質的になる、またはからなる。 Accordingly, in one aspect of the invention, a synthetic transcoded CRISPR (tracr) nucleic acid (e.g., tracrRNA, tracrDNA) construct is provided, said construct comprising at least about 3 nucleotides in the 5' to 3' direction. an anti-zipper sequence comprising, consisting essentially of, or consisting of; a bulge sequence comprising at least about 3 nucleotides; an anti-stitch sequence comprising a nucleotide sequence of NNANN; TNANNC, T(A/C) A(A/ G) (G/A)C (or U(A/C)A(A/G)(G/A)C)), TCAAAC, (or UCAAAC), TAAGGC (or UAAGGC), GATAAGG (or GAUAAGG), GATAAGGCTT (or GAUAAGGCUU), TCAAG (or UCAAG), TCAAGCAA (or UCAAGCAA), T (C/A) AA (A/C) (C/A) (A/G) (A/T) (or U (C /A) a nexus sequence comprising the nucleotide sequence of AA (A/C) (C/A) (A/G) (A/U)), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTCAGC; and has at least one hairpin comprises, consists essentially of, or consists of a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence, said hairpin comprising at least three matching base pairs, wherein the anti-zipper sequence is immediately upstream of the bulge sequence. The bulge sequence is located immediately upstream of the anti-stitch sequence, the anti-stitch sequence is located immediately upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located immediately upstream of the hairpin sequence. In some embodiments, the anti-stitch sequence comprises the nucleotide sequence NNANN, ACAAA, TAAAA, (T/C) (A/G) T (A/G) (A/G), TAAAA, TGAAA. , consisting essentially of or consisting of.
さらなる実施態様では、5’から3’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む随意的な抗-ジッパー配列;少なくとも約3個のヌクレオチドを含むバルジ配列;NNANNのヌクレオチド配列を含む抗-ステッチ配列;TNANNC、T(A/C)A(A/G)(G/A)C(またはU(A/C)A(A/G)(G/A)C))、TCAAAC、(またはUCAAAC)、TAAGGC(またはUAAGGC)、GATAAGG(またはGAUAAGG)、GATAAGGCTT(またはGAUAAGGCUU)、TCAAG(またはUCAAG)、TCAAGCAA(またはUCAAGCAA)、T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)(またはU(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/U))、GATAAGGCCATGCC、TAAGGCTAGTCC、TCAAGCAAAGC、またはTCAAACAAAGCTTCAGCのヌクレオチド配列を含む、から本質的になる、またはからなる、ネクサス配列、および、少なくとも1つのヘアピンを有するヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を、含む、から本質的になる、またはからなる、合成トランスコード化CRISPR(tracr)核酸構築物が提供され、前記ヘアピンは、少なくとも3個の一致する塩基対を含み、ここで、抗-ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、抗-ステッチ配列は、ネクサス配列のすぐ上流に位置し、および、ネクサス配列は、ヘアピン配列のすぐ上流に位置する。 In a further embodiment, in the 5' to 3' direction, an optional anti-zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides; a bulge sequence comprising at least about 3 nucleotides; an anti-stitch comprising a nucleotide sequence of NNANN. Sequence; TNANNC, T (A/C) A (A/G) (G/A) C (or U (A/C) A (A/G) (G/A) C)), TCAAAC, (or UCAAAC ), TAAGGC (or UAAGGC), GATAAGG (or GAUAAGG), GATAAGGCTT (or GAUAAGGCUU), TCAAG (or UCAAG), TCAAGCAA (or UCAAGCAA), T(C/A)AA(A/C)(C/A)( A/G) (A/T) (or U (C/A) AA (A/C) (C/A) (A/G) (A/U)), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTCAGC nucleotides a synthetic transcoded CRISPR comprising, consisting essentially of, or consisting of a nexus sequence and a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin. (tracr) nucleic acid constructs are provided, wherein the hairpin comprises at least three matching base pairs, wherein the anti-zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence, and the bulge sequence is , located immediately upstream of the anti-stitch sequence, the anti-stitch sequence located immediately upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence located immediately upstream of the hairpin sequence.
一部の実施態様では、合成tracr核酸構築物のバルジ配列は、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む、から本質的になる、またはからなる。一部の実施態様では、合成tracr核酸構築物のバルジ配列は、少なくとも約4個のヌクレオチドを含む、から本質的になる、またはからなる。他の実施態様では、合成tracr核酸構築物のバルジ配列は、5個のヌクレオチドを含む、から本質的になる、またはからなる。他の実施態様では、合成tracr核酸構築物のヘアピン配列は、少なくとも2個のヘアピンを含み、から本質的になり、またはからなり、各ヘアピンは、少なくとも3個の一致する塩基対を含む。 In some embodiments, the bulge sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct comprises, consists essentially of, or consists of at least about 3 nucleotides. In some embodiments, the bulge sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct comprises, consists essentially of, or consists of at least about 4 nucleotides. In other embodiments, the bulge sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct comprises, consists essentially of, or consists of 5 nucleotides. In other embodiments, the hairpin sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct comprises, consists essentially of, or consists of at least two hairpins, each hairpin comprising at least three matching base pairs.
さらなる態様では、本発明は、3’から5’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む、から本質的になる、またはからなる随意的なジッパー配列、少なくとも2個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列(例えば、(-NN-)のヌクレオチド配列)を含む、から本質的になる、またはからなるバルジ配列、NNTNN(またはNNUNN)のヌクレオチド配列を含む、から本質的になる、またはからなるステッチ配列、ヌクレオチドGまたはGTTを含む、から本質的になる、またはからなるGR1、および、5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の同一性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含む、から本質的になる、またはからなるスペーサー配列を、含む、から本質的になる、またはからなる合成CRISPR核酸(例えば、crRNA、crDNA)構築物を提供し、ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、GR1のすぐ上流に位置し、および、GR1は、スペーサー配列のすぐ上流に位置する。 In a further aspect, the invention provides an optional zipper sequence comprising, consisting essentially of, or consisting of, in the 3' to 5' direction, at least about 3 nucleotides, a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides. (e.g., a nucleotide sequence of (-NN-)); a stitched sequence comprising, consisting essentially of, or consisting of a nucleotide sequence of NNTNN (or NNUNN); G R1 comprising, consisting essentially of, or consisting of the nucleotide G or GTT, and a spacer sequence having a 5' end and a 3' end, the 3' end of which has 100% identity with the target DNA. Provided are synthetic CRISPR nucleic acid (e.g., crRNA, crDNA) constructs comprising, consisting essentially of, or consisting of a spacer sequence comprising, consisting essentially of, or consisting of at least 7 nucleotides having a zipper sequence; is located immediately upstream of the bulge sequence, if present, the bulge sequence is located immediately upstream of the stitching sequence, the stitching sequence is located immediately upstream of G R1 , and G R1 is the spacer sequence Located just upstream of.
さらなる実施態様では、3’から5’の方向に、抗-ジッパーにハイブリダイズする少なくとも3個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列を含む随意的なジッパー配列、少なくとも約2個のヌクレオチドのヌクレオチド配列を含むバルジ配列、NNUNNのヌクレオチド配列を含むステッチ配列(、および5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の同一性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列を、含む、から本質的になる、またはからなる合成CRISPR核酸(例えば、crRNA、crDNA)構築物が提供され、ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、スペーサー配列のすぐ上流に位置する。 In a further embodiment, in the 3' to 5' direction, an optional zipper sequence comprising a nucleotide sequence having at least 3 nucleotides that hybridizes to the anti-zipper, a bulge comprising a nucleotide sequence of at least about 2 nucleotides; sequence, a stitched sequence comprising a nucleotide sequence of NNUNN, and a spacer sequence having a 5' end and a 3' end, the 3' end of which comprises at least 7 nucleotides with 100% identity to the target DNA. Synthetic CRISPR nucleic acid (e.g., crRNA, crDNA) constructs are provided that include, consist essentially of, or consist of a spacer sequence, the zipper sequence, if present, being located immediately upstream of the bulge sequence; is located immediately upstream of the stitch array, which is located immediately upstream of the spacer array.
一部の実施態様では、合成CRISPR核酸アレイが提供され、前記合成CRISPR核酸アレイは、本発明の2以上のCRISPR核酸構築物をコードするヌクレオチド配列を含み、ここで、2以上のCRISPR核酸構築物は、前記ヌクレオチド配列上で互いにすぐ隣に位置し、前記2以上のCRISPR核酸構築物のステッチ配列は同一であり、前記2以上のCRISPR核酸構築物のスペーサー配列は同一または非同一であり、および、存在する場合は、前記2以上のCRISPR核酸構築物のジッパー配列は同一である。 In some embodiments, a synthetic CRISPR nucleic acid array is provided, said synthetic CRISPR nucleic acid array comprising nucleotide sequences encoding two or more CRISPR nucleic acid constructs of the invention, wherein the two or more CRISPR nucleic acid constructs are: located immediately next to each other on the nucleotide sequence, the stitch sequences of the two or more CRISPR nucleic acid constructs are identical, the spacer sequences of the two or more CRISPR nucleic acid constructs are identical or non-identical, and, if present, The zipper sequences of the two or more CRISPR nucleic acid constructs are identical.
他の態様では、本発明の合成tracr核酸構築物および合成CRISPR核酸構築物を含むキメラ核酸構築物(またはガイド核酸構築物)が提供され、ここで、合成CRISPR核酸構築物のジッパー配列は、前記合成tracr核酸構築物の抗-ジッパー配列と少なくとも約70%(例えば、約70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%など)相補でありハイブリダイズし、合成CRISPR核酸構築物のステッチ配列は、前記合成tracr核酸構築物の抗-ステッチ配列と100%同一でありハイブリダイズし、合成CRISPR核酸構築物のバルジ配列および合成CRISPR核酸構築物のバルジ配列は、非相補である。 In other aspects, there is provided a chimeric nucleic acid construct (or guide nucleic acid construct) comprising a synthetic tracr nucleic acid construct and a synthetic CRISPR nucleic acid construct of the invention, wherein the zipper sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is anti-zipper sequence and at least about 70% (e.g., about 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82 %, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, the stitch sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is 100% identical to and hybridizes with the anti-stitch sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct, and the bulge sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct and the synthetic CRISPR The bulge sequences of the nucleic acid construct are non-complementary.
他の実施態様では、本発明の合成tracr核酸構築物および合成CRISPR核酸構築物を含む、から本質的になる、またはからなるキメラ核酸構築物が提供され、ここで、合成CRISPR核酸構築物のステッチ配列のNNUNNは、前記合成tracr核酸構築物の抗-ステッチ配列のNNANNと100%相補でありハイブリダイズし、前記ステッチ配列の(G)は、前記抗-ステッチ配列のUと揺らぎ塩基対合を形成し、合成CRISPR核酸構築物のバルジ配列および合成CRISPR核酸構築物のバルジ配列は、非相補であり、ジッパー配列および抗-ジッパー配列が存在する場合は、合成CRISPR核酸構築物のジッパー配列は、前記合成tracr核酸構築物の抗-ジッパー配列にハイブリダイズする。 In other embodiments, a chimeric nucleic acid construct is provided comprising, consisting essentially of, or consisting of a synthetic tracr nucleic acid construct and a synthetic CRISPR nucleic acid construct of the invention, wherein NNUNN of the stitched sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is , is 100% complementary to and hybridizes with the anti-stitch sequence NNANN of the synthetic tracr nucleic acid construct, and (G) of the stitch sequence forms a wobble base pairing with the U of the anti-stitch sequence, and the synthetic CRISPR The bulge sequence of the nucleic acid construct and the bulge sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct are non-complementary, and if a zipper sequence and an anti-zipper sequence are present, the zipper sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is non-complementary. Hybridizes to the zipper array.
一部の実施態様では、キメラ核酸構築物は、場合により、ハイブリダイズしたジッパーおよび抗-ジッパー配列を連結するヌクレオチドを、ハイブリダイズした配列の末端(バルジ配列に対して遠位)にさらに含むことができる。さらなる実施態様では、ジッパーおよび抗-ジッパーが存在しない場合、キメラ核酸構築物は、場合により、合成trac核酸配列のバルジ配列を合成CRISPR核酸のバルジ配列に連結するヌクレオチドをさらに含むことができる。連結するヌクレオチドは、任意のヌクレオチド(例えば、T、A、G、C)であってよく、ジッパー配列および抗-ジッパー配列またはバルジ配列を連結するヌクレオチドの数は、約3個~約7個であり得る。 In some embodiments, the chimeric nucleic acid construct optionally further comprises nucleotides at the ends of the hybridized sequences (distal to the bulge sequence) that link the hybridized zipper and anti-zipper sequences. can. In a further embodiment, in the absence of a zipper and anti-zipper, the chimeric nucleic acid construct can optionally further include nucleotides that link the bulge sequence of the synthetic trac nucleic acid sequence to the bulge sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid. The connecting nucleotides can be any nucleotides (e.g., T, A, G, C), and the number of nucleotides connecting the zipper sequence and the anti-zipper or bulge sequence is from about 3 to about 7. could be.
さらなる態様では、本発明の合成tracr核酸構築物、合成CRISPR核酸構築物、CRISPR核酸アレイ、またはキメラ核酸構築物は、Cas9ヌクレアーゼ、Cas9ヌクレアーゼをコードするアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性(例えば、約70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%など)を有するアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列、または、Cas9ヌクレアーゼをコードするアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列を、さらに含むことができる。本発明で有用なCas9ヌクレアーゼは、CRISPR-CasシステムにおいてDNA切断を触媒することが知られる任意のCas9ヌクレアーゼであってよい。当技術分野で知られているように、そのようなCas9ヌクレアーゼは、HNHモチーフおよびRuvCモチーフ(例えば、WO2013/176772;WO/2013/188638を参照)を含む。一部の実施態様では、HNHモチーフまたはRuvCモチーフは、野生型Cas9ヌクレアーゼと比較してそれらの活性を低下または消去する変異を含み得る。一部の実施態様では、片方のモチーフのみ(例えば、HNHモチーフまたはRuvCモチーフのいずれか)が突然変異される。他の実施態様では、両方の活性が低下または消去されるように両方のモチーフが突然変異される。ミスセンス変異、ナンセンス変異、フレームシフト変異などを含む任意のタイプの変異を用いて、Cas9ヌクレアーゼでのHNHモチーフおよび/またはRuvCモチーフの活性を低下または消去することができる。 In a further aspect, a synthetic tracr nucleic acid construct, synthetic CRISPR nucleic acid construct, CRISPR nucleic acid array, or chimeric nucleic acid construct of the invention has at least 70% identity (e.g., about 70% identity) to a Cas9 nuclease, an amino acid sequence encoding a Cas9 nuclease. , 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87 %, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, etc.); , an amino acid sequence having at least 70% identity to an amino acid sequence encoding Cas9 nuclease. The Cas9 nuclease useful in the present invention may be any Cas9 nuclease known to catalyze DNA cleavage in the CRISPR-Cas system. As is known in the art, such Cas9 nucleases contain a HNH motif and a RuvC motif (see, eg, WO2013/176772; WO/2013/188638). In some embodiments, the HNH motif or RuvC motif may contain mutations that reduce or eliminate their activity compared to wild-type Cas9 nuclease. In some embodiments, only one motif (eg, either the HNH motif or the RuvC motif) is mutated. In other embodiments, both motifs are mutated so that both activities are reduced or eliminated. Any type of mutation can be used to reduce or eliminate the activity of the HNH motif and/or RuvC motif in Cas9 nuclease, including missense mutations, nonsense mutations, frameshift mutations, etc.
本開示は、様々なCRISPR-CasシステムおよびCas9ヌクレアーゼのグループ化を特定する。これらのグループ化は、Cas9ヌクレアーゼのStreptococcus thermophilus CRISPR 1(Sth CR1)グループ、Cas9ヌクレアーゼのStreptococcus thermophilus CRISPR 3(Sth CR3)グループ、Cas9ヌクレアーゼのLactobacillus buchneri CD034(Lb)グループ、およびCas9ヌクレアーゼのLactobacillus rhamnosus GG(Lrh)グループを含む。Sth CR1グループCas9ヌクレアーゼの非限定的な例は、配列番号1~9および51のポリペプチド配列によりコードされるCas9ヌクレアーゼを含む。Sth CR3グループCas9ヌクレアーゼの非限定的な例は、配列番号10~23のポリペプチド配列によりコードされるCas9ヌクレアーゼを含む。LbグループCas9ヌクレアーゼの非限定的な例は、配列番号28、30~33、35、43、44、47、50および52のポリペプチド配列によりコードされるCas9ヌクレアーゼを含む。LrhグループCas9ヌクレアーゼの非限定的な例は、配列番号24~27、29、34、36~42、45および53のポリペプチド配列によりコードされるCas9ヌクレアーゼを含む。さらなるCas9ヌクレアーゼは、限定されないが、Lactobacillus curvatus CRL 705のものを含む。本発明で有用なさらなるCas9ヌクレアーゼは、限定されないが、Lactobacillus animalis KCTC 3501、およびLactobacillus farciminis WP 010018949.1由来の、Cas9を含む。 This disclosure identifies various CRISPR-Cas systems and groupings of Cas9 nucleases. These groupings are: Streptococcus thermophilus CRISPR 1 (Sth CR1) group of Cas9 nucleases, Streptococcus thermophilus CRISPR 3 (Sth CR3) group of Cas9 nucleases, Cas9 nucleases Lactobacillus buchneri CD034 (Lb) group of, and Lactobacillus rhamnosus GG of Cas9 nuclease (Lrh) group. Non-limiting examples of Sth CR1 group Cas9 nucleases include the Cas9 nucleases encoded by the polypeptide sequences of SEQ ID NOs: 1-9 and 51. Non-limiting examples of Sth CR3 group Cas9 nucleases include the Cas9 nucleases encoded by the polypeptide sequences of SEQ ID NOs: 10-23. Non-limiting examples of Lb group Cas9 nucleases include the Cas9 nucleases encoded by the polypeptide sequences of SEQ ID NOs: 28, 30-33, 35, 43, 44, 47, 50 and 52. Non-limiting examples of Lrh group Cas9 nucleases include the Cas9 nucleases encoded by the polypeptide sequences of SEQ ID NOs: 24-27, 29, 34, 36-42, 45 and 53. Additional Cas9 nucleases include, but are not limited to, those of Lactobacillus curvatus CRL 705. Additional Cas9 nucleases useful in the invention include, but are not limited to, Cas9 from Lactobacillus animalis KCTC 3501, and Lactobacillus farciminis WP 010018949.1.
したがって、一部の実施態様では、Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのStreptococcus thermophilus CRISPR 1(Sth CR1)グループ由来のCas9、Cas9ヌクレアーゼのStreptococcus thermophilus CRISPR 3(Sth CR3)グループ由来のCas9、Cas9ヌクレアーゼのLactobacillus buchneri CD034(Lb)グループ由来のCas9ヌクレアーゼ、および/または、Cas9ヌクレアーゼのLactobacillus rhamnosus GG(Lrh)グループ由来のCas9ヌクレアーゼを含み得る、から本質的になり得る、またはからなり得る。さらなる実施態様では、Cas9ヌクレアーゼをコードするアミノ酸配列は、配列番号1~配列番号53のいずれか1つのアミノ酸配列であってよい。また、さらなる実施態様では、本開示の合成tracr核酸構築物、合成CRISPR核酸構築物、合成CRISPR核酸アレイ、および/またはキメラ核酸構築物で有用なCas9ヌクレアーゼは、配列番号1~配列番号53のいずれか1つのアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を含む、から本質的になる、またはからなる。 Thus, in some embodiments, the Cas9 nuclease is a Cas9 from the Streptococcus thermophilus CRISPR 1 (Sth CR1) group of Cas9 nucleases, a Streptococcus thermophilus CRISPR 3 of Cas9 nucleases (Sth CR3) group-derived Cas9, Lactobacillus buchneri of Cas9 nuclease It may comprise, consist essentially of, or consist of a Cas9 nuclease from the CD034 (Lb) group, and/or a Cas9 nuclease from the Lactobacillus rhamnosus GG (Lrh) group of Cas9 nucleases. In a further embodiment, the amino acid sequence encoding the Cas9 nuclease may be the amino acid sequence of any one of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 53. In further embodiments, the Cas9 nuclease useful in the synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid arrays, and/or chimeric nucleic acid constructs of the present disclosure comprises any one of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 53. comprises, consists essentially of, or consists of a nucleotide sequence encoding an amino acid sequence having at least 70% identity with the amino acid sequence.
さらに、特定の実施態様では、Cas9ヌクレアーゼは、標的DNAを含む生物のためにコドン最適化されたヌクレオチド配列によりコードされ得る。さらに他の実施態様では、Cas9ヌクレアーゼは、少なくとも1つの核局在化配列を含み得る。 Additionally, in certain embodiments, the Cas9 nuclease can be encoded by a nucleotide sequence that is codon-optimized for the organism containing the target DNA. In yet other embodiments, the Cas9 nuclease may include at least one nuclear localization sequence.
本発明者は、驚くべきことに、特定のグループのCas9ヌクレアーゼと合成tracr核酸構築物(tracrRNA、tracrDNA)のネクサス配列間の機能的対合を発見した。したがって、一部の実施態様では、ネクサス配列がGATAAGGCまたはGATAAGGCCATGCCである場合、Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのStreptococcus thermophilus CRISPR 1(STh CR1)グループ由来であり;ネクサス配列がTAAGGCまたはTAAGGCTAGTCCである場合は、Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのStreptococcus thermophilus CRISPR 3(Sth CR3)グループ由来であり;ネクサス配列がTCAAGCまたはTCAAGCAAAGCである場合は、Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのLactobacillus buchneri CD034(Lb)グループ由来であり;または、前記ネクサス配列がTCAAACまたはTCAAACAAAGCTTCAGCである場合は、Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのLactobacillus rhamnosus GG(Lrh)グループ由来である。 The inventors have surprisingly discovered a functional pairing between a specific group of Cas9 nucleases and the nexus sequences of synthetic tracr nucleic acid constructs (tracrRNA, tracrDNA). Thus, in some embodiments, the Cas9 nuclease is from the Streptococcus thermophilus CRISPR 1 (STh CR1) group of Cas9 nucleases when the nexus sequence is GATAAGGC or GATAAGGCCATGCC; If GGCTAGTCC, The Cas9 nuclease is derived from the Streptococcus thermophilus CRISPR 3 (Sth CR3) group of Cas9 nucleases; if the nexus sequence is TCAAGC or TCAAGCAAAGC, the Cas9 nuclease is derived from the Lactobacillus nuclease. is derived from the S. illus buchneri CD034 (Lb) group; or , when the nexus sequence is TCAAAC or TCAAACAAAGCTTCAGC, the Cas9 nuclease is from the Lactobacillus rhamnosus GG (Lrh) group of Cas9 nucleases.
本明細書に記載のように、本発明で有用なCas9ヌクレアーゼは、HNHモチーフおよび/またはRuvCモチーフに変異を含んでよく、それにより、それぞれのモチーフの活性が低下または消去される。当技術分野で知られているように、HNHモチーフ内の変異は、二本鎖標的DNAの(+)鎖の部位特異的ニックを減少/消去し、RucV活性部位の変異は、二本鎖標的DNAの(-)鎖の部位特異的ニックを低下/消去する。両方の活性部位の変異は、DNAの切断を低下/消去する(すなわち、標的DNAの部位特異的切断を低下/消去する)。したがって、一部の実施態様では、本開示の合成tracr核酸構築物、合成CRISPR核酸構築物、CRISPR核酸アレイ、および/またはキメラ核酸構築物は、RuvC活性部位モチーフ内に変異を有するCas9ヌクレアーゼを含む。他の実施態様では、本開示の合成tracr核酸構築物、合成CRISPR核酸構築物、CRISPR核酸アレイ、および/またはキメラ核酸構築物は、HNH活性部位モチーフ内に変異を有するCas9ヌクレアーゼを含む。またさらなる実施態様では、本開示の合成tracr核酸構築物、合成CRISPR核酸構築物、CRISPR核酸アレイ、および/またはキメラ核酸構築物は、HNH活性部位モチーフ内およびRuvCモチーフ内に変異を有するCas9ヌクレアーゼを含む。 As described herein, Cas9 nucleases useful in the invention may include mutations in the HNH motif and/or the RuvC motif, thereby reducing or eliminating the activity of the respective motif. As is known in the art, mutations within the HNH motif reduce/eliminate site-specific nicks on the (+) strand of double-stranded target DNA, and mutations in the RucV active site reduce/eliminate site-specific nicks on the (+) strand of double-stranded target DNA. Reduce/eliminate site-specific nicks in the (-) strand of DNA. Mutation of both active sites reduces/eliminates DNA cleavage (ie, reduces/eliminates site-specific cleavage of target DNA). Thus, in some embodiments, synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, CRISPR nucleic acid arrays, and/or chimeric nucleic acid constructs of the present disclosure include a Cas9 nuclease with a mutation within the RuvC active site motif. In other embodiments, synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, CRISPR nucleic acid arrays, and/or chimeric nucleic acid constructs of the present disclosure include a Cas9 nuclease with a mutation in the HNH active site motif. In still further embodiments, the synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, CRISPR nucleic acid arrays, and/or chimeric nucleic acid constructs of the present disclosure include a Cas9 nuclease with mutations within the HNH active site motif and within the RuvC motif.
またさらなる実施態様では、HNHおよびRuvCモチーフ内に変異を有し、それによりヌクレアーゼ活性が低下または消去されたCas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼに融合された目的ポリペプチドをさらに含む。そのようなCas9-目的ポリペプチド融合タンパク質を用いて、目的ポリペプチドを特定の標的DNAへ向かわせる、または標的化することができる。 In yet a further embodiment, the Cas9 nuclease having mutations within the HNH and RuvC motifs, thereby reducing or eliminating nuclease activity, further comprises a polypeptide of interest fused to the Cas9 nuclease. Such a Cas9-polypeptide of interest fusion protein can be used to direct or target a polypeptide of interest to a specific target DNA.
本開示の合成tracr核酸構築物、合成CRISPR核酸構築物、CRISPR核酸アレイ、および/またはキメラ核酸構築物を用いるための方法が、本明細書においてさらに提供される。したがって、一部の実施態様では、本開示のキメラ核酸構築物または本開示のキメラ核酸構築物を含む発現カセットを、Cas9ヌクレアーゼ(例えば、配列番号1~53)の存在下で標的DNAと接触させ、それにより、標的DNAに対するスペーサー配列の相補ハイブリダイゼーションにより規定される領域内で標的DNAの部位特異的切断を生じさせるステップを含む、二本鎖標的DNAの部位特異的切断のための方法が提供される。一部の実施態様では、部位特異的切断は、二本鎖標的DNAの(+)鎖の部位特異的ニックであってよく、前記Cas9ヌクレアーゼは、RuvC活性部位モチーフ内の変異を含み、それにより、二本鎖標的の(+)鎖を切断して、部位-特異的なニックを二本鎖標的DNAの前記(+)鎖に生じさせる。他の実施態様では、部位特異的切断は、二本鎖標的DNAの(-)鎖の部位特異的ニックであり、前記Cas9ヌクレアーゼは、HNH活性部位モチーフ内に点変異を含み、それにより、二本鎖標的DNAの(-)鎖を切断し、二本鎖標的DNAの前記(-)鎖に部位-特異的なニックを生じさせる。 Further provided herein are methods for using the synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, CRISPR nucleic acid arrays, and/or chimeric nucleic acid constructs of the present disclosure. Accordingly, in some embodiments, a chimeric nucleic acid construct of the present disclosure or an expression cassette comprising a chimeric nucleic acid construct of the present disclosure is contacted with target DNA in the presence of a Cas9 nuclease (e.g., SEQ ID NO: 1-53), provides a method for site-specific cleavage of double-stranded target DNA, comprising producing site-specific cleavage of target DNA within a region defined by complementary hybridization of a spacer sequence to the target DNA. . In some embodiments, the site-specific cleavage may be a site-specific nick of the (+) strand of double-stranded target DNA, and the Cas9 nuclease contains a mutation within the RuvC active site motif, thereby , cleavage of the (+) strand of the double-stranded target to generate a site-specific nick in the (+) strand of the double-stranded target DNA. In other embodiments, the site-specific cleavage is a site-specific nick of the (-) strand of double-stranded target DNA, and the Cas9 nuclease contains a point mutation within the HNH active site motif, thereby The (-) strand of the double-stranded target DNA is cleaved to generate a site-specific nick in the (-) strand of the double-stranded target DNA.
さらなる実施態様では、二本鎖標的DNAの部位特異的切断のための方法が提供され、以下を含む:トランスコード化CRISPR(tracr)核酸分子およびCRISPR核酸分子を、Cas9ヌクレアーゼ(例えば、配列番号1~53)の存在下で標的DNAと接触させるステップ、ここで、(a)tracr核酸分子は、5’から3’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む抗-ジッパー配列;少なくとも約3個のヌクレオチドを含むバルジ配列;NNANNのヌクレオチド配列を含む抗-ステッチ配列;TNANNC、T(A/C)A(A/G)(G/A)C、TCAAAC、TAAGGC、GATAAGG、GATAAGGCTT、TCAAG、TCAAGCAA、T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)、GATAAGGCCATGCC、TAAGGCTAGTCC、TCAAGCAAAGC、またはTCAAACAAAGCTTCAGCのヌクレオチド配列を含むネクサス配列;および、少なくとも1つのヘアピンを含む、から本質的になる、またはからなる、ヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を含む、ヌクレオチド配列によりコードされ、前記ヘアピンは少なくとも3個の一致する塩基対を含み、抗-ジッパー配列は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、抗-ステッチ配列は、ネクサス配列のすぐ上流に位置し、および、ネクサス配列は、ヘアピン配列のすぐ上流に位置する;および、(b)CRISPR核酸分子は、3’から5’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含むジッパー配列、少なくとも2個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列を含むバルジ配列、NNTNN(またはNNUNN)のヌクレオチド配列を含むステッチ配列、ヌクレオチドGまたはGTTを含むGR1、および5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の同一性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列を含む、ヌクレオチド配列によりコードされ、ジッパー配列は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、GR1のすぐ上流に位置し、および、GR1は、スペーサー配列のすぐ上流に位置する、およびさらにここで、tracr核酸分子の抗-ジッパー配列および抗-ステッチ配列は、それぞれ、CRISPR核酸分子のジッパー配列およびステッチ配列と、少なくとも約70%相補でありハイブリダイズし、CRISPR核酸分子のスペーサー配列は、標的DNAの一部(標的DNA上のプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)に隣接する)と少なくとも約80%相補でありハイブリダイズし、それにより、標的DNAに対するCRISPR核酸分子のスペーサー配列の相補結合により規定される領域内で、標的DNAの部位特異的切断をもたらす。 In a further embodiment, a method for site-specific cleavage of double-stranded target DNA is provided, comprising: transcoding a CRISPR (tracr) nucleic acid molecule and a CRISPR nucleic acid molecule with a Cas9 nuclease (e.g., SEQ ID NO: 1). ~53), wherein: (a) the tracr nucleic acid molecule comprises an anti-zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides in the 5' to 3'direction; bulge sequence containing the nucleotide sequence of NNANN; TNANNC, T(A/C)A(A/G)(G/A)C, TCAAAC, TAAGGC, GATAAGG, GATAAGGCTT, TCAAG; and at least one the anti-zipper sequence is encoded by a nucleotide sequence comprising, consisting essentially of, or consisting of two hairpins, the hairpin comprising at least three matching base pairs, and the anti-zipper sequence comprising: The bulge sequence is located immediately upstream of the anti-stitch sequence, the anti-stitch sequence is located immediately upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located immediately upstream of the hairpin sequence. and (b) the CRISPR nucleic acid molecule comprises, in the 3' to 5' direction, a zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides, a bulge sequence comprising a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides, NNTNN ( or NNUNN), a G R1 containing the nucleotide G or GTT, and a spacer sequence having a 5' end and a 3' end, the 3' end of which has 100% identity with the target DNA. the zipper sequence is located immediately upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located immediately upstream of the stitch sequence, and the stitch sequence is and G R1 is located immediately upstream of the spacer sequence, and further wherein the anti-zipper and anti - stitch sequences of the tracr nucleic acid molecule, respectively, sequence and the stitch sequence, and the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule is at least about 80% complementary to and hybridizes with a portion of the target DNA (adjacent to the protospacer adjacent motif (PAM) on the target DNA). % complementarity and hybridization, thereby resulting in site-specific cleavage of the target DNA within the region defined by the complementary binding of the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule to the target DNA.
他の実施態様では、二本鎖標的DNAを、以下を含むキメラ核酸と接触させるステップ含む、二本鎖標的DNAの部位特異的切断のための方法が提供される。(a)5’から3’の方向に、少なくとも約9個のヌクレオチドを含む抗-ジッパー配列;少なくとも約4個のヌクレオチドを含むバルジ配列;NNANNのヌクレオチド配列を含む抗-ステッチ配列;TNANNC、T(A/C)A(A/G)(G/A)C、TCAAAC、TAAGGC、GATAAGG、GATAAGGCTT、TCAAG、TCAAGCAA、T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)、GATAAGGCCATGCC、TAAGGCTAGTCC、TCAAGCAAAGC、またはTCAAACAAAGCTTCAGCのヌクレオチド配列を含むネクサス配列;および、少なくとも1つのヘアピンを有するヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を含む、第一のヌクレオチド配列(前記ヘアピンは、少なくとも3個の一致する塩基対を含み、抗-ジッパー配列は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、抗-ステッチ配列は、ネクサス配列のすぐ上流に位置し、ネクサス配列は、ヘアピン配列のすぐ上流に位置する);(b)3’から5’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含むジッパー配列、少なくとも2個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列を含むバルジ配列、NNTNN(またはNNUNN)のヌクレオチド配列を含むステッチ配列、ヌクレオチドGまたはGTTを含むGR1、および、5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の同一性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列を含む、第二のヌクレオチド配列(ジッパー配列は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、GR1のすぐ上流に位置し、および、GR1は、スペーサー配列のすぐ上流に位置する);および、(c)Cas9ヌクレアーゼ(例えば、配列番号1~53)をコードするアミノ酸配列と少なくとも80%の同一性を有するアミノ酸配列をコードする、第三のヌクレオチド配列(ここで、第一のヌクレオチド配列の抗-ジッパー配列および抗-ステッチ配列は、第二のヌクレオチド配列のジッパー配列およびステッチ配列にハイブリダイズし、第二のヌクレオチド配列のスペーサー配列は、標的DNAの一部(標的DNA上のプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)に隣接する)にハイブリダイズし、それにより、標的DNAに対する第二のヌクレオチド配列のスペーサー配列の相補結合により規定される領域内で、標的DNAの部位特異的切断をもたらす)。 In other embodiments, a method is provided for site-specific cleavage of double-stranded target DNA, comprising contacting the double-stranded target DNA with a chimeric nucleic acid comprising: (a) an anti-zipper sequence comprising at least about 9 nucleotides in the 5' to 3'direction; a bulge sequence comprising at least about 4 nucleotides; an anti-stitch sequence comprising the nucleotide sequence of NNANN; TNANNC, T (A/C) A (A/G) (G/A) C, TCAAAC, TAAGGC, GATAAGG, GATAAGGCTT, TCAAG, TCAAGCAA, T (C/A) AA (A/C) (C/A) (A/ G) a nexus sequence comprising a nucleotide sequence of (A/T), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTCAGC; and a first nucleotide sequence comprising a nucleotide sequence comprising at least one hairpin (the hairpin being , the anti-zipper sequence is located immediately upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located immediately upstream of the anti-stitch sequence, and the anti-stitch sequence is located immediately upstream of the nexus sequence. and the nexus sequence is located immediately upstream of the hairpin sequence); (b) a zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides in the 3' to 5'direction; a bulge sequence comprising a nucleotide sequence of NNTNN (or NNUNN); a stitch sequence comprising a nucleotide sequence of NNTNN (or NNUNN); a second nucleotide sequence (the zipper sequence is located immediately upstream of the bulge sequence; the bulge sequence is located immediately upstream of the stitch sequence; and ( c) a Cas9 nuclease (e.g., SEQ ID NOS: 1-53 ) ; ), wherein the anti-zipper and anti-stitch sequences of the first nucleotide sequence encode an amino acid sequence having at least 80% identity with an amino acid sequence encoding a second nucleotide sequence; hybridizes to the zipper and stitch sequences of the nucleotide sequence, and the spacer sequence of the second nucleotide sequence hybridizes to a portion of the target DNA (adjacent to a protospacer adjacent motif (PAM) on the target DNA), which resulting in site-specific cleavage of the target DNA within a region defined by the complementary binding of the spacer sequence of the second nucleotide sequence to the target DNA).
さらなる実施態様では、二本鎖(ds)標的DNAに対する、目的ポリペプチドの部位特異的ターゲッティングの方法が提供され、トランスコード化CRISPR(tracr)核酸分子およびCRISPR核酸分子を、Cas9ヌクレアーゼ(例えば、配列番号1~53)の存在下で標的DNAと接触させるステップを含み、ここで(a)tracr核酸分子は、5’から3’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む抗-ジッパー配列;少なくとも約3個のヌクレオチドを含むバルジ配列;NNANNのヌクレオチド配列を含む抗-ステッチ配列;TNANNC、T(A/C)A(A/G)(G/A)C、TCAAAC、TAAGGC、GATAAGG、GATAAGGCTT、TCAAG、TCAAGCAA、T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)、GATAAGGCCATGCC、TAAGGCTAGTCC、TCAAGCAAAGC、またはTCAAACAAAGCTTCAGCのヌクレオチド配列を含むネクサス配列;および、少なくとも1つのヘアピンを有するヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を含む、ヌクレオチド配列によりコードされ、前記ヘアピンは、少なくとも3個の一致する塩基対を含み、抗-ジッパー配列は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、抗-ステッチ配列は、ネクサス配列のすぐ上流に位置し、および、ネクサス配列は、ヘアピン配列のすぐ上流に位置する;および、(b)CRISPR核酸分子は、3’から5’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含むジッパー配列、少なくとも2個のヌクレオチド(例えば(-NN-)のヌクレオチド配列)を含むバルジ配列、NNTNNのヌクレオチド配列を含むステッチ配列、ヌクレオチドGまたはGTTを含むGR1、および5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の同一性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列を含む、ヌクレオチド配列によりコードされ、ジッパー配列は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、GR1のすぐ上流に位置し、および、GR1は、スペーサー配列のすぐ上流に位置する、およびさらにここで、Cas9ヌクレアーゼは、HNH活性部位モチーフ内の変異、RuvC活性部位モチーフ内の変異を含み、および、目的ポリペプチドに融合され、抗-ジッパー配列は、ジッパー配列と約70%相補でありハイブリダイズし、ステッチ配列は、ステッチ配列と100%相補でありハイブリダイズし、スペーサー配列は、標的DNA上のプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)に隣接する標的DNAと約80%相補でありハイブリダイズし、それにより、標的DNAに対するCRISPR核酸分子のスペーサー配列の相補結合により規定される領域で、標的DNAに対する目的ポリペプチドの部位特異的ターゲッティングをもたらす。 In a further embodiment, a method of site-specific targeting of a polypeptide of interest to double-stranded (ds) target DNA is provided, wherein a transcoding CRISPR (tracr) nucleic acid molecule and a CRISPR nucleic acid molecule are injected with a Cas9 nuclease (e.g. 1-53), wherein (a) the tracr nucleic acid molecule comprises an anti-zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides in the 5' to 3'direction; Bulge sequence comprising at least about 3 nucleotides; anti-stitch sequence comprising the nucleotide sequence NNANN; TNANNC, T(A/C)A(A/G)(G/A)C, TCAAAC, TAAGGC, GATAAGG, GATAAGGCTT , TCAAG, TCAAGCAA, T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTCAGC; and , a nucleotide sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin, said hairpin comprising at least three matching base pairs, and an anti-zipper sequence located immediately upstream of the bulge sequence. the bulge sequence is located immediately upstream of the anti-stitch sequence, the anti-stitch sequence is located immediately upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located immediately upstream of the hairpin sequence; and ( b) The CRISPR nucleic acid molecule comprises, in the 3' to 5' direction, a zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides, a bulge sequence comprising at least 2 nucleotides (e.g., a (-NN-) nucleotide sequence), a nucleotide sequence of NNTNN, a stitch sequence comprising a nucleotide sequence, a G R1 comprising the nucleotide G or GTT, and a spacer sequence having a 5' end and a 3' end, the spacer sequence having 100% identity with the target DNA at its 3'end; the zipper sequence is located immediately upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located immediately upstream of the stitch sequence, and the stitch sequence is located immediately upstream of G R1 . and G R1 is located immediately upstream of the spacer sequence, and further wherein the Cas9 nuclease contains a mutation in the HNH active site motif, a mutation in the RuvC active site motif, and a polynucleotide of interest. Fused to the peptide, the anti-zipper sequence is about 70% complementary to and hybridizes to the zipper sequence, the stitching sequence is 100% complementary to and hybridizing to the stitching sequence, and the spacer sequence is a protospacer on the target DNA. is approximately 80% complementary to and hybridizes with the target DNA adjacent to the adjacent motif (PAM), thereby binding the target polypeptide to the target DNA in a region defined by the complementary binding of the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule to the target DNA. Provides site-specific targeting.
代表的な実施態様では、本明細書に記載のように、合成tracr核酸構築物に関して、合成tracr核酸分子のバルジ配列または第一のヌクレオチド配列は、約3個、4個または5個のヌクレオチドを含み得て、から本質的になり得て、またはからなり得る。他の実施態様では、バルジ配列は、5個のヌクレオチドを含み得て、から本質的になり得て、またはからなり得て、および、ヘアピン配列は、少なくとも2個のヘアピンを含み得て、から本質的になり得て、またはからなり得て、ここで、各ヘアピンは少なくとも3個の一致する塩基対を含む。 In exemplary embodiments, for synthetic tracr nucleic acid constructs, as described herein, the bulge sequence or first nucleotide sequence of the synthetic tracr nucleic acid molecule comprises about 3, 4 or 5 nucleotides. can derive from, consist essentially of, or consist of. In other embodiments, the bulge sequence may include, consist essentially of, or consist of 5 nucleotides, and the hairpin sequence may include at least 2 hairpins, and the hairpin sequence may include at least 2 hairpins. The hairpin can consist essentially of, or can consist of, each hairpin containing at least three matching base pairs.
さらなる実施態様では、本発明は、トランスコード化CRISPR(tracr)核酸分子およびCRISPR核酸分子を、Cas9ヌクレアーゼの存在下で標的DNAと接触させるステップを含む二本鎖標的DNAの部位特異的切断のための方法を提供し、ここで、
(a)tracr核酸分子は、5’から3’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む随意的な抗-ジッパー配列;少なくとも約3個のヌクレオチドを含むバルジ配列;NNANNのヌクレオチド配列を含む抗-ステッチ配列、TNANNC、T(A/C)A(A/G)(G/A)C、TCAAAC、TAAGGC、GATAAGG、GATAAGGCTT、TCAAG、TCAAGCAA、T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)、GATAAGGCCATGCC、TAAGGCTAGTCC、TCAAGCAAAGC、またはTCAAACAAAGCTTCAGCのヌクレオチド配列を含むネクサス配列、少なくとも1つのヘアピンを有するヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を含むヌクレオチド配列によりコードされ、前記ヘアピンは、少なくとも3個の一致する塩基対を含む、および
抗-ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、抗-ステッチ配列は、ネクサス配列のすぐ上流に位置し、および、ネクサス配列は、ヘアピン配列のすぐ上流に位置する;および
(b)CRISPR核酸分子は、3’から5’の方向に、抗-ジッパーにハイブリダイズする少なくとも3個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列を含む随意的なジッパー配列、(-NN-)のヌクレオチド配列を含むバルジ配列、NNUNNのヌクレオチド配列を含むステッチ配列、および5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の同一性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列を含むヌクレオチド配列によりコードされ、および
ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、スペーサー配列のすぐ上流に位置し、および、
さらにここで、抗-ジッパーおよびジッパー配列が存在する場合は、抗-ジッパー配列はジッパー配列にハイブリダイズし、抗-ステッチ配列のNNANNは、ステッチ配列のNNUNNに相補でありハイブリダイズし、CRISPR核酸分子のスペーサー配列は標的DNAの一部(標的DNA上のプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)に隣接する)にハイブリダイズし、それにより、標的DNAに対するCRISPR核酸分子のスペーサー配列のハイブリダイゼーションにより規定される領域内で、標的DNAの部位特異的切断をもたらす。
In a further embodiment, the invention provides a method for site-specific cleavage of double-stranded target DNA comprising contacting a transcoded CRISPR (tracr) nucleic acid molecule and a CRISPR nucleic acid molecule with the target DNA in the presence of a Cas9 nuclease. Here, we provide a method for
(a) the tracr nucleic acid molecule comprises, in the 5' to 3' direction, an optional anti-zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides; a bulge sequence comprising at least about 3 nucleotides; a nucleotide sequence of NNANN; Anti-stitch sequence, TNANNC, T(A/C) A(A/G) (G/A) C, TCAAAC, TAAGGC, GATAAGG, GATAAGGCTT, TCAAG, TCAAGCAA, T(C/A) AA(A/C) (C/A) (A/G) (A/T), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTCAGC; encoded by a nucleotide sequence that includes a hairpin sequence that includes a nucleotide sequence that has at least one hairpin; the hairpin comprises at least three matching base pairs, and the anti-zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence, and the bulge sequence is located immediately upstream of the anti-stitch sequence. the anti-stitch sequence is located immediately upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located immediately upstream of the hairpin sequence; and (b) the CRISPR nucleic acid molecule is located in the 3' to 5' direction. , an optional zipper sequence comprising a nucleotide sequence having at least three nucleotides that hybridize to the anti-zipper, a bulge sequence comprising a nucleotide sequence of (-NN-), a stitch sequence comprising a nucleotide sequence of NNUNN, and a 5' a spacer sequence having a terminus and a 3' end, the spacer sequence comprising at its 3' end at least 7 nucleotides with 100% identity to the target DNA, and a zipper sequence comprising: If present, is located immediately upstream of the bulge array, the bulge array is located immediately upstream of the stitched array, the stitched array is located immediately upstream of the spacer array, and
Further herein, if an anti-zipper and a zipper sequence are present, the anti-zipper sequence hybridizes to the zipper sequence, NNANN of the anti-stitch sequence is complementary to and hybridizes to NNUNN of the stitch sequence, and the CRISPR nucleic acid The spacer sequence of the molecule hybridizes to a portion of the target DNA (adjacent to the protospacer adjacent motif (PAM) on the target DNA) and is thereby defined by hybridization of the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule to the target DNA. within the region, resulting in site-specific cleavage of the target DNA.
またさらなる実施態様では、二本鎖標的DNAの部位特異的切断のための方法が提供され、その方法は、二本鎖標的DNAを、以下を含むキメラ核酸と接触させるステップを含む:
(a)5’から3’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む随意的な抗-ジッパー配列;少なくとも約3個のヌクレオチドを含むバルジ配列;NNANNのヌクレオチド配列を含む抗-ステッチ配列、TNANNC、T(A/C)A(A/G)(G/A)C、TCAAAC、TAAGGC、GATAAGG、GATAAGGCTT、TCAAG、TCAAGCAA、T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)、GATAAGGCCATGCC、TAAGGCTAGTCC、TCAAGCAAAGC、またはTCAAACAAAGCTTCAGCのヌクレオチド配列を含むネクサス配列、少なくとも1つのヘアピンを有するヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を含む、第一のヌクレオチド配列(前記ヘアピンは、少なくとも3個の一致する塩基対を含む)、
ここで、抗-ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、抗-ステッチ配列は、ネクサス配列のすぐ上流に位置し、および、ネクサス配列は、ヘアピン配列のすぐ上流に位置する;
(b)3’から5’の方向に、抗-ジッパーにハイブリダイズする少なくとも3個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列を含む随意的なジッパー配列、少なくとも2個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列(例えば、(-NN-)のヌクレオチド配列)を含むバルジ配列、NNUNNのヌクレオチド配列を含むステッチ配列、および5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の同一性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列を含む、第二のヌクレオチド配列、および
ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、スペーサー配列のすぐ上流に位置する;および
(c)Cas9ヌクレアーゼ(例えば、配列番号1~53)をコードするアミノ酸配列と少なくとも80%の同一性を有するアミノ酸配列をコードする、第三のヌクレオチド配列、
ここで、ジッパー配列および抗-ジッパー配列が存在する場合は、ジッパー配列は、抗-ジッパー配列にハイブリダイズし、抗-ステッチ配列のNNANNは、ステッチ配列のNNUNNと相補でありハイブリダイズし、第二のヌクレオチド配列のスペーサー配列は、標的DNAの一部(標的DNA上のプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)に隣接する)にハイブリダイズし、それにより、標的DNAに対する第二のヌクレオチド配列のスペーサー配列のハイブリダイゼーションにより規定される領域内で、標的DNAの部位特異的切断をもたらす。
In yet a further embodiment, a method for site-specific cleavage of double-stranded target DNA is provided, the method comprising contacting double-stranded target DNA with a chimeric nucleic acid comprising:
(a) an optional anti-zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides in the 5' to 3'direction; a bulge sequence comprising at least about 3 nucleotides; an anti-stitch sequence comprising a nucleotide sequence of NNANN; TNANNC, T (A/C) A (A/G) (G/A) C, TCAAAC, TAAGGC, GATAAGG, GATAAGGCTT, TCAAG, TCAAGCAA, T (C/A) AA (A/C) (C/A) (A/G) (A/T), a nexus sequence comprising a nucleotide sequence of (A/G) (A/T), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTCAGC, a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin (the hairpin contains at least 3 matching base pairs),
where the anti-zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located immediately upstream of the anti-stitch sequence, and the anti-stitch sequence is located immediately upstream of the nexus sequence. and the nexus sequence is located immediately upstream of the hairpin sequence;
(b) an optional zipper sequence comprising, in the 3' to 5' direction, a nucleotide sequence having at least 3 nucleotides that hybridizes to the anti-zipper, a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides, such as (- a bulge sequence comprising a nucleotide sequence of NN-), a stitch sequence comprising a nucleotide sequence of NNUNN, and a spacer sequence having a 5' end and a 3' end, the 3' end of which has 100% identity to the target DNA. and a zipper sequence, if present, located immediately upstream of the bulge sequence, and the bulge sequence located immediately upstream of the stitching sequence. and (c) encodes an amino acid sequence having at least 80% identity with an amino acid sequence encoding a Cas9 nuclease (e.g., SEQ ID NOs: 1-53); a third nucleotide sequence,
Here, if a zipper sequence and an anti-zipper sequence are present, the zipper sequence hybridizes to the anti-zipper sequence, NNANN of the anti-stitch sequence is complementary to and hybridizes to NNUNN of the stitch sequence, and the The spacer sequence of the second nucleotide sequence hybridizes to a portion of the target DNA (adjacent to the protospacer adjacent motif (PAM) on the target DNA), thereby causing the spacer sequence of the second nucleotide sequence to It results in site-specific cleavage of target DNA within the region defined by hybridization.
さらなる実施態様では、二本鎖(ds)標的DNAに対する、目的ポリペプチドの部位特異的ターゲッティングの方法が提供され、トランスコード化CRISPR(tracr)核酸分子およびCRISPR核酸分子を、Cas9ヌクレアーゼ(例えば、配列番号1~53)の存在下で標的DNAと接触させるステップを含み、
ここで、(a)tracr核酸分子は、5’から3’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む随意的な抗-ジッパー配列;少なくとも約3個のヌクレオチドを含むバルジ配列;NNANNのヌクレオチド配列を含む抗-ステッチ配列、TNANNC、T(A/C)A(A/G)(G/A)C、TCAAAC、TAAGGC、GATAAGG、GATAAGGCTT、TCAAG、TCAAGCAA、T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)、GATAAGGCCATGCC、TAAGGCTAGTCC、TCAAGCAAAGC、またはTCAAACAAAGCTTCAGCのヌクレオチド配列を含むネクサス配列、少なくとも1つのヘアピンを有するヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を含む、ヌクレオチド配列によりコードされ、前記ヘアピンは、少なくとも3個の一致する塩基対を含み、および
抗-ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、抗-ステッチ配列は、ネクサス配列のすぐ上流に位置し、および、ネクサス配列は、ヘアピン配列のすぐ上流に位置する;および
(b)CRISPR核酸分子は、3’から5’の方向に、抗-ジッパーにハイブリダイズする少なくとも3個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列を含む随意的なジッパー配列、少なくとも2個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列(例えば、(-NN-)のヌクレオチド配列)を含むバルジ配列、NNUNNのヌクレオチド配列を含むステッチ配列、および5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の同一性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列を含む、ヌクレオチド配列によりコードされ、および
ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、スペーサー配列のすぐ上流に位置し、および
さらにここで、Cas9ヌクレアーゼは、HNH活性部位モチーフ内の変異、RuvC活性部位モチーフ内の変異を含み、目的ポリペプチドに融合され、ジッパー配列および抗-ジッパー配列が存在する場合は、ジッパー配列は抗-ジッパー配列にハイブリダイズし、抗-ステッチ配列のNNANNは、ステッチ配列のNNUNNと相補でありハイブリダイズし、スペーサー配列は、標的DNA上のプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)に隣接する標的DNAにハイブリダイズし、それにより、標的DNAに対するCRISPR核酸分子のスペーサー配列のハイブリダイゼーションにより規定される領域内で、標的DNAに対する目的ポリペプチドの部位特異的ターゲッティングをもたらす。
In a further embodiment, a method of site-specific targeting of a polypeptide of interest to double-stranded (ds) target DNA is provided, wherein a transcoding CRISPR (tracr) nucleic acid molecule and a CRISPR nucleic acid molecule are injected with a Cas9 nuclease (e.g. 1 to 53) with the target DNA,
wherein (a) the tracr nucleic acid molecule comprises, in the 5' to 3' direction, an optional anti-zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides; a bulge sequence comprising at least about 3 nucleotides; nucleotides of NNANN; anti-stitch sequences, including sequences TNANNC, T(A/C)A(A/G)(G/A)C, TCAAAC, TAAGGC, GATAAGG, GATAAGGCTT, TCAAG, TCAAGCAA, T(C/A)AA(A /C) (C/A) (A/G) (A/T), a nexus sequence comprising a nucleotide sequence of GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTCAGC, a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin; encoded by a nucleotide sequence, said hairpin comprising at least three matching base pairs, and an anti-zipper sequence, if present, located immediately upstream of a bulge sequence, the bulge sequence being an anti-stitch sequence. the anti-stitch sequence is located immediately upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located immediately upstream of the hairpin sequence; and (b) the CRISPR nucleic acid molecule is an optional zipper sequence comprising a nucleotide sequence having at least 3 nucleotides that hybridizes to the anti-zipper in the ' direction, a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides (e.g., a (-NN-) nucleotide sequence) a bulge sequence comprising a nucleotide sequence of NNUNN, a stitch sequence comprising a nucleotide sequence of NNUNN, and a spacer sequence having a 5' end and a 3' end, the 3' end of which at least 7 nucleotides having 100% identity with the target DNA. and the zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located immediately upstream of the stitch sequence, and the stitch sequence is sequence, and further wherein the Cas9 nuclease contains a mutation in the HNH active site motif, a mutation in the RuvC active site motif, is fused to the polypeptide of interest, and has a zipper sequence and an anti-zipper sequence. If present, the zipper sequence hybridizes to the anti-zipper sequence, the NNANN of the anti-stitch sequence is complementary to and hybridizes to the NNUNN of the stitch sequence, and the spacer sequence hybridizes to the protospacer flanking motif ( PAM), thereby resulting in site-specific targeting of the polypeptide of interest to the target DNA within a region defined by hybridization of the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule to the target DNA.
一部の実施態様では、tracr核酸分子およびaCRISPR核酸分子の抗-ジッパーおよびジッパー配列または第一のヌクレオチド配列および第二のヌクレオチド配列がハイブリダイズする場合、ハイブリダイズした配列は、場合により、バルジ配列に対して遠位であるハイブリダイズした配列の末端にさらなるヌクレオチドをさらに含むことができ、それにより、ハイブリダイズしたジッパーおよび抗-ジッパー配列を連結する。さらなる実施態様では、ジッパーおよび抗-ジッパーが存在しない場合、キメラ核酸構築物は、場合により、合成trac核酸配列のバルジ配列を合成CRISPR核酸のバルジ配列に連結するヌクレオチドをさらに含むことができる。連結ヌクレオチドは、任意のヌクレオチド(例えば、T、A、G、C)であり得て、ジッパーおよび抗-ジッパー配列またはバルジ配列を連結するヌクレオチドの数は、約3~約7個であり得る。 In some embodiments, when the anti-zipper and zipper sequences or the first and second nucleotide sequences of the tracr and aCRISPR nucleic acid molecules hybridize, the hybridized sequences optionally include the bulge sequence. Additional nucleotides can be further included at the end of the hybridized sequence that is distal to the end of the hybridized sequence, thereby linking the hybridized zipper and anti-zipper sequences. In a further embodiment, in the absence of a zipper and anti-zipper, the chimeric nucleic acid construct can optionally further include nucleotides that link the bulge sequence of the synthetic trac nucleic acid sequence to the bulge sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid. The connecting nucleotides can be any nucleotides (eg, T, A, G, C), and the number of nucleotides connecting the zipper and anti-zipper sequences or bulge sequences can be from about 3 to about 7.
制限されないが配列番号1~53を含む、任意の野生型、突然変異型、コドン最適化Cas9ヌクレアーゼ、または、本明細書に記載の少なくとも1つの核局在化配列を含むものは、本発明の方法で用いることができる。 Any wild-type, mutant, codon-optimized Cas9 nuclease, including but not limited to SEQ ID NOs: 1-53, or that includes at least one nuclear localization sequence described herein, is suitable for use in the present invention. It can be used in any method.
本明細書においてさらに提供されるのは、本発明の核酸構築物、核酸アレイ、核酸分子および/またはヌクレオチド配列を含む、発現カセットおよびベクターであり、本開示の方法で用いることができる。 Further provided herein are expression cassettes and vectors that include the nucleic acid constructs, nucleic acid arrays, nucleic acid molecules and/or nucleotide sequences of the invention and can be used in the methods of the disclosure.
さらなる態様では、本発明の核酸構築物、核酸アレイ、核酸分子、および/またはヌクレオチド配列は、宿主生物の細胞に導入することができる。本発明が有用である任意の細胞/宿主生物を用いることができる。例示的な宿主生物は、限定されないが、植物、細菌、古細菌、菌類、動物、哺乳類、昆虫、鳥類、魚類、両生類、刺胞動物、ヒト、または非ヒト霊長類を含む。特定の実施態様では、宿主生物は、制限されないが、Homo sapiens、Drosophila melanogaster、Mus musculus、Rattus norvegicus、Caenorhabditis elegans、Saccharomyces pombe、Saccharomyces cerevisiae、Glycine max、Zeae maydis、Gossypium hirsutum、または、Arabidopsis thalianaであってよい。さらなる実施態様では、本発明で有用な細胞は、制限されないが、幹細胞、体細胞、生殖細胞、植物細胞、動物細胞、細菌性細胞、古細菌細胞、真菌細胞、哺乳類細胞、昆虫細胞、鳥類細胞、魚類細胞、両生類細胞、刺胞動物細胞、ヒト細胞、または非ヒト霊長類細胞であってよい。他の実施態様では、本発明で有用な細胞は、制限されないが、Homo sapiens、Drosophila melanogaster、Mus musculus、Rattus norvegicus、Caenorhabditis elegans、Saccharomyces pombe、Saccharomyces cerevisiae、Glycine max、Zeae maydis、Gossypium hirsutum、または、Arabidopsis thaliana由来の細胞を含む。 In a further aspect, the nucleic acid constructs, nucleic acid arrays, nucleic acid molecules, and/or nucleotide sequences of the invention can be introduced into cells of a host organism. Any cell/host organism for which the present invention is useful can be used. Exemplary host organisms include, but are not limited to, plants, bacteria, archaea, fungi, animals, mammals, insects, birds, fish, amphibians, cnidarians, humans, or non-human primates. In certain embodiments, the host organism includes, but is not limited to, Homo sapiens, Drosophila melanogaster, Mus musculus, Rattus norvegicus, Caenorhabditis elegans, Saccharomyces po mbe, Saccharomyces cerevisiae, Glycine max, Zeae maydis, Gossypium hirsutum, or Arabidopsis thaliana. It's fine. In further embodiments, cells useful in the invention include, but are not limited to, stem cells, somatic cells, reproductive cells, plant cells, animal cells, bacterial cells, archaeal cells, fungal cells, mammalian cells, insect cells, avian cells. , fish cells, amphibian cells, cnidarian cells, human cells, or non-human primate cells. In other embodiments, cells useful in the invention include, but are not limited to, Homo sapiens, Drosophila melanogaster, Mus musculus, Rattus norvegicus, Caenorhabditis elegans, Saccharomyces pombe, Saccharomyces cerevisiae, Glycine max, Zeae maydis, Gossypium hirsutum, or Contains cells derived from Arabidopsis thaliana.
本発明のさらなる態様では、目的ポリペプチドは、制限されないが、ヘリカーゼ、ヌクレアーゼ、メチルトランスフェラーゼ、ジャイレース、デメチラーゼ、キナーゼ、ジスムターゼ、インテグラーゼ、トランスポゼース、テロメラーゼ、リコンビナーゼ、アセチルトランスフェラーゼ、デアセチラーゼ、ポリメラーゼ、ホスファターゼ、リガーゼ、ユビキシンリガーゼ、ホトリアーゼまたはグリコシラーゼを含んでよい。本発明の他の態様では、目的ポリペプチドは、脱プリン活性、酸化活性、ピリミジンダイマー形成活性、アルキル化活性、DNA修復活性、DNA損傷活性、脱ユビキチン化活性、アデニル化活性、脱アデニル化活性 SUMO化活性、脱SUMO化活性、リボシル化活性、脱リボシル化活性、ミリストイル化活性、脱ミリストイル化活性またはテロメア修復活性、または脱アミノ化活性を有する。代表的な実施態様では、目的ポリペプチドは、キナーゼ活性、ヌクレアーゼ活性、メチルトランスフェラーゼ活性、デメチラーゼ活性、アセチルトランスフェラーゼ活性、デアセチラーゼ活性、ホスファターゼ活性、ユビキシンリガーゼ活性、脱ユビキチン化活性、またはテロメア修復活性を有するポリペプチドであってよい。 In a further aspect of the invention, the polypeptide of interest includes, but is not limited to, helicases, nucleases, methyltransferases, gyrase, demethylases, kinases, dismutases, integrases, transposases, telomerase, recombinases, acetyltransferases, deacetylases, polymerases, phosphatases, May include ligases, ubixin ligases, photolyases or glycosylases. In another aspect of the invention, the polypeptide of interest has depurination activity, oxidation activity, pyrimidine dimer formation activity, alkylation activity, DNA repair activity, DNA damage activity, deubiquitination activity, adenylation activity, deadenylation activity. It has SUMOylation activity, deSUMOylation activity, ribosylation activity, deribosylation activity, myristoylation activity, demyristoylation activity, telomere repair activity, or deamination activity. In representative embodiments, the polypeptide of interest exhibits kinase activity, nuclease activity, methyltransferase activity, demethylase activity, acetyltransferase activity, deacetylase activity, phosphatase activity, ubixin ligase activity, deubiquitination activity, or telomere repair activity. It may be a polypeptide that has
本発明の核酸構築物、核酸分子、および/またはヌクレオチド配列を含むキットが、本明細書においてさらに提供される。 Further provided herein are kits containing the nucleic acid constructs, nucleic acid molecules, and/or nucleotide sequences of the invention.
したがって、一態様では、二本鎖DNAの部位特異的切断のためのキットが提供され、そのキットは、本発明の合成tracr核酸構築物、合成CRISPR核酸構築物、CRISPR核酸アレイまたはキメラ核酸構築物を含む。別の態様では、二本鎖(ds)標的DNAに対する目的ポリペプチドの部位特異的ターゲッティングのためのキットが提供され、そのキットは、本発明の合成tracr核酸構築物、合成CRISPR核酸構築物、CRISPR核酸アレイまたはキメラ核酸構築物を含む。一部の態様では、キットは、1つまたは複数の発現カセットに包含された、本発明の合成tracr核酸構築物、合成CRISPR核酸構築物、CRISPR核酸アレイおよび/またはキメラ核酸構築物を含んでよい。またさらなる態様では、キットは、本明細書に記載の本発明の核酸構築物、核酸アレイ、核酸分子、および/またはヌクレオチド配列で用いるためのCas9ヌクレアーゼ(例えば、配列番号1~53)をさらに含んでよい。 Accordingly, in one aspect, a kit for site-specific cleavage of double-stranded DNA is provided, which kit comprises a synthetic tracr nucleic acid construct, a synthetic CRISPR nucleic acid construct, a CRISPR nucleic acid array, or a chimeric nucleic acid construct of the invention. In another aspect, a kit is provided for site-specific targeting of a polypeptide of interest to double-stranded (ds) target DNA, which kit comprises a synthetic tracr nucleic acid construct, a synthetic CRISPR nucleic acid construct, a CRISPR nucleic acid array of the invention. or chimeric nucleic acid constructs. In some aspects, kits may include synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, CRISPR nucleic acid arrays, and/or chimeric nucleic acid constructs of the invention contained in one or more expression cassettes. In yet a further aspect, the kit further comprises a Cas9 nuclease (e.g., SEQ ID NOS: 1-53) for use with the nucleic acid constructs, nucleic acid arrays, nucleic acid molecules, and/or nucleotide sequences of the invention described herein. good.
さらなる態様では、キットはプライマーを含んでよく、前記プライマーは、両方向にCRISPRリピート配列の一部を含む。他の実施態様では、キットは、CRISPRアレイの境界(すなわち一方のリーダーエンドともう片方のトレーラーエンド)を含んで両方向にCRISPRリピート配列を通って伸長するように設計された、プライマーを含んでよい。
さらなる実施態様では、キットは、使用のための説明書をさらに含んでよい。
In a further aspect, the kit may include a primer, said primer comprising a portion of a CRISPR repeat sequence in both directions. In other embodiments, the kit may include primers designed to extend through CRISPR repeat sequences in both directions, including the boundaries of the CRISPR array (i.e., one leader end and one trailer end). .
In further embodiments, the kit may further include instructions for use.
ここで本発明は、以下の実施例を参照して説明される。これらの実施例は本発明に対する請求項の範囲を限定することを意図しないが、特定の実施態様の例示であることが意図されることが、理解されるべきである。当業者が想到する例示された方法における任意の変更は、本発明の範囲内であることが意図される。 The invention will now be described with reference to the following examples. It is to be understood that these examples are not intended to limit the scope of the claims to the invention, but are intended to be exemplifications of particular embodiments. Any modifications in the illustrated methods that occur to those skilled in the art are intended to be within the scope of the invention.
実施例1.ガイド配列内に同定されたモジュールの機能的役割の評価
Clustered regularly interspaced short palindromic repeat(CRISPR)および関連するCasタンパク質は、細菌および古細菌において侵襲性遺伝因子に対する適応免疫を与える1。II型CRISPR-Casシステムでは、シグネチャRNAにガイドされるエンドヌクレアーゼCas9は、CRISPRスペーサーに相補な配列を特異的に標的化し、2つのニッカーゼドメインを用いた二本鎖DNA切断(DSB)を生じさせる(Makarova,K.S.et al.Nat Rev Microbiol 9,467-477(2011);Garneau,J.E.et al.Nature 468,67-71(2010);Sapranauskas,R.et al.Nucleic Acids Res 39,9275-9282(2011);Gasiunas,G.et al.Proc Natl Acad Sci US A 109,E2579-E2586(2012);Jinek,M.et al.,Science 337,816-821(2012))。Cas9-特異的プロトスペーサー-隣接モチーフ(PAM)が隣接している限り、任意のDNA配列が標的とされ得る。Garneau,J.E.et al.Nature 468,67-71(2010);Sapranauskas,R.et al.Nucleic Acids Res 39,9275-9282(2011);Gasiunas,G.et al.Proc Natl Acad Sci US A 109,E2579-E2586(2012);Jinek,M.et al.,Science 337,816-821(2012);Sternberg,S.H.et al.Nature 507,62(2014))。Cas9システムによるターゲッティングおよび切断は、CRISPR RNA(crRNA)およびトランス活性化crRNA(tracrRNA)からなるRNAデュプレックスに依拠する8。この天然の複合体は、crRNA:tracrRNAデュプレックスをミミックする合成のシングルガイドRNA(sgRNA)キメラにより置き換えることができる(Jinek,M.et al.,Science 337,816-821(2012))。Cas9と組み合わせたsgRNAは、エンジニアリングおよび工業上および翻訳上興味深い様々なモデルシステムへの異種移行に適した、便利で、コンパクトで、そしてポータブルな、配列-特異的なターゲッティングシステムを作る。
Example 1. Evaluation of the functional role of modules identified within guide sequences Clustered regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR) and associated Cas proteins confer adaptive immunity against invasive genetic elements in Bacteria and Archaea 1 . In the type II CRISPR-Cas system, the signature RNA-guided endonuclease Cas9 specifically targets sequences complementary to the CRISPR spacer, resulting in double-stranded DNA breaks (DSB) using two nickase domains. Nuclei c. Acids Res 39, 9275-9282 (2011); Gasiunas, G. et al. Proc Natl Acad Sci US A 109, E2579-E2586 (2012); Jinek, M. et al., Science 337, 816- 821 (2012) ). Any DNA sequence can be targeted as long as it is flanked by Cas9-specific protospacer-adjacent motifs (PAMs). Garneau, J. E. et al. Nature 468, 67-71 (2010); Sapranauskas, R. et al. Nucleic Acids Res 39, 9275-9282 (2011); Gasiunas, G. et al. Proc Natl Acad Sci US A 109, E2579-E2586 (2012); Jinek, M. et al. , Science 337, 816-821 (2012); Sternberg, S. H. et al. Nature 507, 62 (2014)). Targeting and cleavage by the Cas9 system relies on an RNA duplex consisting of CRISPR RNA (crRNA) and transactivating crRNA (tracrRNA) 8 . This natural complex can be replaced by a synthetic single guide RNA (sgRNA) chimera that mimics the crRNA:tracrRNA duplex (Jinek, M. et al., Science 337, 816-821 (2012)). sgRNA in combination with Cas9 makes a convenient, compact, and portable sequence-specific targeting system suitable for engineering and heterologous transfer to a variety of model systems of industrial and translational interest.
したがって、二本鎖切断(DSB)を生じさせるためのコンパクトで実践的な手段を提供するCas9:sgRNA技術は、革命的なゲノム編成を有し(Mali,P.et al.,Science 339,823-826(2013);Cong,L.et al.Science 339,819-823(2013);Jiang,W.et al.Nat.Biotechnol.31,233-239(2013);Sander,J.D.&Joung,J.K.Nature Biotechnol.32,347-355.(2014))、ハイスループットのゲノム全域にわたる遺伝子スクリーニングに新しい道を切り開き13,14、転写調節のツールボックスを拡張した(Qi,L.S.et al.Cell 152,1173-1183(2013);Gilbert,L.A.et al.Cell 154,442-451(2013))。さらに、進化的に離れたCas9:sgRNAの間の相互作用の不存在は(Chylinski,K.et al.RNA biology 10,726-737(2013);Fonfara,I.et al.Nucleic Acids Res(2013);Esvelt,K.M.et al.Nature Methods(2013))、共存する機能性II型CRISPR-Casシステムが同時に機能する場合、多重の非依存性ターゲッティングが細胞内で達成されるのを可能にした(Barrangou,R.et al.Science 315,1709-1712(2007);Horvath,P.et al.J Bacteriol.190,1401-1412(2008))。これらの分子機構の広範な使用にかかわらず、sgRNAガイドの重大な特性、および、機能的にオルソロガスなCas9エンドヌクレアーゼの定義におけるそれらの関与は、特徴付けが未だされていない。実際に、Cas9ターゲッティングおよび切断の初期の注目は、スペーサー:標的相補性およびPAM配列感度に焦点が当てられ、一方で、Cas9:sgRNA相互作用を駆動する因子およびII型CRISPR-Casシステム間の直交性を指示する因子を定義する情報は不足したままである。したがって、我々は、CRISPR技術に関する新しいエンジニアリングの道を切り開くために、Cas9ターゲッティングおよび切断特異性を与えるsgRNA内の特性を同定および特徴付けに着手した。 Therefore, Cas9:sgRNA technology, which provides a compact and practical means to generate double-strand breaks (DSBs), has a revolutionary genome organization (Mali, P. et al., Science 339, 823 -826 (2013); Cong, L. et al. Science 339, 819-823 (2013); Jiang, W. et al. Nat. Biotechnol. 31, 233-239 (2013); Sander, J. D. & Joung , J.K. Nature Biotechnol. 32, 347-355. (2014)), opened new avenues for high-throughput genome-wide genetic screens 13,14 and expanded the transcriptional regulation toolbox (Qi, L.S. .et al. Cell 152, 1173-1183 (2013); Gilbert, L.A. et al. Cell 154, 442-451 (2013)). Furthermore, the absence of interaction between the evolutionarily distant Cas9:sgRNAs (Chylinski, K. et al. RNA biology 10, 726-737 (2013); Fonfara, I. et al. Nucleic Acids Res (2013) ); Esvelt, K.M. et al. Nature Methods (2013)), when coexisting functional type II CRISPR-Cas systems function simultaneously, multiplex-independent targeting can be achieved within cells. (Barrangou, R. et al. Science 315, 1709-1712 (2007); Horvath, P. et al. J Bacteriol. 190, 1401-1412 (2008)). Despite the widespread use of these molecular mechanisms, critical properties of sgRNA guides and their involvement in defining functionally orthologous Cas9 endonucleases remain to be characterized. Indeed, early attention in Cas9 targeting and cleavage focused on spacer:target complementarity and PAM sequence sensitivity, while the factors driving Cas9:sgRNA interaction and the orthogonality between the type II CRISPR-Cas system Information defining factors that indicate sex remains lacking. We therefore set out to identify and characterize properties within sgRNA that confer Cas9 targeting and cleavage specificity to open new engineering avenues for CRISPR technology.
したがって、本明細書に記載のガイド配列内に同定された様々なモジュール(例えば、合成tracr核酸構築物、合成CRISPR核酸構築物、キメラ核酸構築物(tracr核酸-合成CRISPR核酸構築物)の機能的役割および意味合い(implication)を評価するために、我々は、前述の機能性モジュールのそれぞれの改変または欠失を含む、ガイドの突然変異の変異体を設計した。我々は、代表的な機能性モデルとしてSthCRISPR3システムを選択し、天然のガイド配列を用いてポジティブの機能性コントロール(野生型、WT)を最初に確立した。それから我々は、ステッチが欠失した「ステッチ」変異体を試験し、機能の損失を観察した。それから、バルジが欠失した「バルジ」変異体を試験し、機能の損失を観察した。それから我々は、ネクサスが欠失した「ネクサス」変異体を試験し、機能の損失を観察した。それから我々は、第一のヘアピンが欠失した「ヘアピン」変異体を試験し、機能の損失を観察した。続いて我々は、配列特異性および可変性感受性を試験し、突然変異の構築物において、ネクサスの配列は特異的であり、一方で他の機能性モジュール、とりわけジッパー、バルジ、ヘアピンおよびステッチに関しては可変性許容性があることを確立した。これらの実験の結果を図1~21に示す。 Accordingly, the functional roles and implications of the various modules identified within the guide sequences described herein (e.g., synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, chimeric nucleic acid constructs (tracr nucleic acids-synthetic CRISPR nucleic acid constructs)) In order to evaluate the implication), we designed mutants of the guide mutations containing modifications or deletions of each of the aforementioned functional modules. We used the SthCRISPR3 system as a representative functional model. We first established a positive functional control (wild type, WT) using a selected and natural guide sequence. We then tested a "stitch" mutant in which the stitch was deleted and observed loss of function. We then tested a ``bulge'' mutant, in which the bulge was deleted, and observed a loss of function. We then tested a ``nexus'' mutant, in which the nexus was deleted, and observed a loss of function. We then tested "hairpin" mutants in which the first hairpin was deleted and observed loss of function. We subsequently tested sequence specificity and variability sensitivity and in the mutant constructs We established that the sequence of the nexus is specific, while allowing for variability with respect to other functional modules, especially zippers, bulges, hairpins and stitches. The results of these experiments are shown in Figures 1-21. .
したがって、図1は、ネクサスモジュールに関する多重配列アライメントを示し、図2は、本研究を通して開発されたネクサスモジュールに関する最大尤度ツリーを提供する。図3A~図3Dは、Sth Cr1グループ(図3A)、Sth Cr3グループ(図3B)、Lrhグループ(図3C)およびLbuグループ(図3D)のネクサスモジュールに関するコンセンサス配列を示す。 Accordingly, Figure 1 shows the multiple sequence alignment for the Nexus module and Figure 2 provides the maximum likelihood tree for the Nexus module developed throughout this study. Figures 3A-3D show the consensus sequences for the nexus modules of the Sth Cr1 group (Figure 3A), the Sth Cr3 group (Figure 3B), the Lrh group (Figure 3C) and the Lbu group (Figure 3D).
図5は、抗-ステッチモジュールに関する多重配列アライメントを示し、一方で、図6A~図6Dは、Sth Cr1グループ(図6A)、Sth Cr3グループ(図6B)、Lrhグループ(図6C)およびLbuグループ(図6D)の抗-ステッチモジュールに関するコンセンサス配列を示す。 Figure 5 shows multiple sequence alignments for the anti-stitch module, while Figures 6A-6D show the Sth Cr1 group (Figure 6A), Sth Cr3 group (Figure 6B), Lrh group (Figure 6C) and Lbu group. (Figure 6D) shows the consensus sequence for the anti-stitch module.
同様に、バルジモジュールに関する多重配列アライメントが図7に提供され、Sth Cr1グループのバルジモジュールに関するコンセンサス配列が図8Aに示される。図8Bは、Sth Cr3グループのバルジモジュールに関するコンセンサス配列を示す。図8Cは、Lrhグループのコンセンサス配列を示し、図8Dは、Lbuグループのバルジモジュールに関するコンセンサス配列を示す。 Similarly, the multiple sequence alignment for the bulge module is provided in Figure 7 and the consensus sequence for the bulge module of the Sth Cr1 group is shown in Figure 8A. Figure 8B shows the consensus sequence for the bulge module of the Sth Cr3 group. Figure 8C shows the consensus sequence for the Lrh group, and Figure 8D shows the consensus sequence for the bulge module of the Lbu group.
ジッパーモジュールに関する多重配列アライメントが図9に示され、図10は、ジッパーモジュールに関する最大尤度ツリーを示す。 The multiple sequence alignment for the zipper module is shown in FIG. 9, and FIG. 10 shows the maximum likelihood tree for the zipper module.
図11は、バルジ、抗-ステッチおよびネクサスモジュールに関する多重配列アライメントを示す。図4は、Cas9ヌクレアーゼに関する最大尤度ツリーを示す。 Figure 11 shows multiple sequence alignments for the bulge, anti-stitch and nexus modules. Figure 4 shows the maximum likelihood tree for Cas9 nuclease.
図12~図21は、様々なcRNA:tracRNA構築物に関するガイド配列およびターゲッティングを示し、Sth CR1グループを表すStreptococcus thermophilus CR3(図12);Lbuグループを表すLactobacillus buchneri(図13);Sth CR1グループを表すStreptococcus thermophilus CR1(図14);Sth CR3グループを表すStreptococcus pyrogenes M1 GAS(図15);Lrhグループを表すLactobacillus rhamnosus(図16);Lanグループを表すLactobacillus animalis(図17);Lcaグループを表すLactobacillus casei(図18);Lgaグループを表すLactobacillus gasseri(図19);Ljeグループを表すLactobacillus jensenii(図20);および、Lpeグループを表すLactobacillus pentosusを含む(図21)。図12~図21のそれぞれの下側は、標的配列(オープン構造)および隣接する(3’)PAMを含む、標的dsDNAを表す。各図の上側は、標的配列に相補の5’部分、およびCRISPRリピートに由来する3’部分からなる、CRISPR RNA(crRNA)を表し;そしてまた、抗-CRISPRリピート部分からなるtracrRNA、および、ネクサスおよび3’ヘアピンも示す。図12~図21のそれぞれに示されるように、crRNA:tracrRNAデュプレックスの相補部分は、下側ステム(下の相補部分)、バルジ(ヘルニアミスマッチ(herniated mismatch))および上側ステム(上の相補部分)からなる。 Figures 12-21 show guide sequences and targeting for various cRNA:tracRNA constructs, including Streptococcus thermophilus CR3 representing the Sth CR1 group (Figure 12); Lactobacillus buchneri representing the Lbu group (Figure 13); represent Streptococcus thermophilus CR1 (Figure 14); Streptococcus pyrogenes M1 GAS (Figure 15) representing the Sth CR3 group; Lactobacillus rhamnosus (Figure 16) representing the Lrh group; Lactobacillus animalis (Figure 17); Lactobacillus casei representing the Lca group (Figure 18); Lactobacillus gasseri representing the Lga group (Figure 19); Lactobacillus jensenii representing the Lje group (Figure 20); and Lactobacillus pentosus representing the Lpe group (Figure 21). The lower side of each of Figures 12-21 represents the target dsDNA, including the target sequence (open structure) and adjacent (3') PAM. The top of each figure represents the CRISPR RNA (crRNA), consisting of the 5' part complementary to the target sequence, and the 3' part derived from the CRISPR repeat; and also the tracrRNA, consisting of the anti-CRISPR repeat part, and the nexus and 3' hairpin are also shown. As shown in each of FIGS. 12-21, the complementary portions of the crRNA:tracrRNA duplex include the lower stem (lower complementary portion), the bulge (herniated mismatch), and the upper stem (upper complementary portion). Consisting of
実施例2.様々なさらなるII型システムにおける、ガイドRNA配列の特性の決定
実施例1で説明した知見は、Streptococcus pyrogenes Cas9(SpyCas9)活性をサポートするために必要なsgRNAでの重要なモジュールを確立する。しかしながら、ゲノム編成に幅広く用いられるが、SpyCas9は、天然に見いだされた多くのCas9オルソロガス(orthologs)の単なる1つにすぎない(Chylinski,K.et al.RNA biology 10,726-737(2013);Fonfara,I.et al.Nucleic Acids Res(2013))。したがって、我々は次に、同じsgRNA配列の特性が、他のII型CRISPR-Casシステムでも生じるかどうかを研究した。我々は、StreptococcusおよびLactobacillusゲノム(II型システムが優先的に生じる2)から41個のCas9配列をサンプリングし、それらの対応するCRISPRリピートを同定し、tracrRNA配列を予測した。Cas9タンパク質配列は、3つの主な配列グループにクラスタリングされた(図23)。期待したとおり、似たグループ化が、CRISPR-リピートまたは予測tracrRNA配列のいずれかを用いてクラスタリングを行なった場合に見られ(図24A、図23、図25、図26)、tracrRNA内の抗-CRISPRリピートの存在、およびCas9およびcrRNA:tracrRNAのペアの間の関係深い分子関係を与えた(Makarova,K.S.et al.Nat Rev Microbiol 9,467-477(2011);Deltcheva,E.et al.Nature 471,602-607(2011);Fonfara,I.et al.Nucleic Acids Res(2013))。tracrRNA配列内に、我々は一貫して、SpyCas9に関して同定された機能性モジュールを観察し(図24B)、ファミリー間の全体的なsgRNA/crRNA:tracrRNA構造は保存されていて、クラスター内で高レベルに配列が保存されていた。
Example 2. Characterization of Guide RNA Sequences in Various Additional Type II Systems The findings described in Example 1 establish the key modules in sgRNA required to support Streptococcus pyrogenes Cas9 (SpyCas9) activity. However, although widely used for genome organization, SpyCas9 is just one of many Cas9 orthologs found in nature (Chylinski, K. et al. RNA biology 10, 726-737 (2013) ; Fonfara, I. et al. Nucleic Acids Res (2013)). Therefore, we next investigated whether the same sgRNA sequence properties also occur in other type II CRISPR-Cas systems. We sampled 41 Cas9 sequences from Streptococcus and Lactobacillus genomes (where type II systems preferentially occur ) , identified their corresponding CRISPR repeats, and predicted tracrRNA sequences. Cas9 protein sequences clustered into three main sequence groups (Figure 23). As expected, similar grouping was seen when clustering was performed using either CRISPR-repeat or predicted tracrRNA sequences (Figure 24A, Figure 23, Figure 25, Figure 26), with anti- The presence of CRISPR repeats and the relevant molecular relationship between Cas9 and crRNA:tracrRNA pairs (Makarova, K.S. et al. Nat Rev Microbiol 9, 467-477 (2011); Deltcheva, E. et al. al. Nature 471, 602-607 (2011); Fonfara, I. et al. Nucleic Acids Res (2013)). Within the tracrRNA sequences, we consistently observed functional modules identified for SpyCas9 (Figure 24B), with the overall sgRNA/crRNA:tracrRNA structure between families conserved and high levels within the cluster. The array was stored in .
下側ステム(すなわちステッチ/抗-ステッチ)と上側ステム(すなわちジッパー/抗-ジッパー)との間に方向のねじれを有するバルジの存在が、システムの多様性にわたって一貫して見られた。下側ステムの長さは、ファミリー内で高度に保存され、および、ファミリー間で可変であった。興味深いことに、最も高いレベルの保存はネクサス配列に関して見られた(図24B、図27)。GC-リッチのステムおよびオフセットのウラシルを有する、全般的なネクサスの形状は、2つのStreptococcusファミリー間で共有されていた。対照的に、独特な二重ステムのネクサス(図24A~B)は、Lactobacillusシステムに特有で遍在した。意外なことに、ネクサス内のいくつかの塩基は、A52およびC55を含む異なるファミリー間でさえ厳密に保存されていて(図24A~B)、このモジュールの重大な役割をさらに強調した。実際に、A52は、SpyCas9の結晶構造において、標的鎖の5’末端付近の残基1103-1107の主鎖と相互作用し、タンパク質主鎖とネクサスの相互作用がPAM結合に必要であり得ることを示唆する。 The presence of a bulge with directional twist between the lower stem (ie, stitch/anti-stitch) and the upper stem (ie, zipper/anti-zipper) was consistently seen across the variety of systems. Lower stem length was highly conserved within and variable between families. Interestingly, the highest level of conservation was found for nexus sequences (Figure 24B, Figure 27). The general nexus shape, with a GC-rich stem and offset uracil, was shared between the two Streptococcus families. In contrast, a unique double-stem nexus (FIGS. 24A-B) was unique and ubiquitous in the Lactobacillus system. Surprisingly, several bases within the nexus were strictly conserved even between different families, including A52 and C55 (Figures 24A-B), further highlighting the critical role of this module. Indeed, A52 interacts with the backbone at residues 1103-1107 near the 5' end of the target strand in the crystal structure of SpyCas9, suggesting that interaction of the nexus with the protein backbone may be required for PAM binding. suggests.
Cas9タンパク質の直交性に対する、ガイドRNAの構造の関係の決定。本明細書に記載の知見は、sgRNAの配列と構造の間の潜在的関係およびCas9タンパク質の多様性を示唆する。この観察は、Cas9オルソロガスのグループを定義するsgRNAモジュールを決定することを我々に駆り立てた。したがって、我々は、2つの天然に共存するオルソロガスのS.thermophilus II型システム、すなわちSth1 Cas9およびSth3 Cas9由来のエンドヌクレアーゼを選択し(Horvath,P.et al.J Bacteriol.190,1401-1412(2008))、sgRNA組成物とCas9直交性との間の関連を調べた。一連の実験は、Escherichia coliでの自己ターゲッティング活性に基づいて設計され(図28A~B)、sgRNA内の特異的な変異が、オルソロガスであった(previously orthologous)Cas9での切断活性を促進することができるかどうか試験した。我々は、Sth1Cas9およびSth3Cas9システムに関してオーバーラップするCas9標的部位を含むE.coliゲノム内の領域を同定し、切断が1ヌクレオチドにおいて生じること(図29B)、および、PAM配列が好適にオーバーラップすることを確認した。我々は、2つのsgRNA主鎖のキメラバージョンを製造し、スペーサー、下側ステム(すなわちステッチ/抗ステッチ)-バルジ-上側ステム(すなわちジッパー/抗-ジッパー)、ネクサスおよびヘアピンを交換し(図29C)、および、Sth1Cas9またはSth3Cas9のいずれかにより、自己ターゲッティングを駆動する(Gomaa,A.A.et al.MBio.5,e00928-13(2014))、それらの能力を試験した。初めに我々は、これらの2つのシステムが、このアッセイシステムにおいて実際に直交性であること、および、各ガイドは単独でその同起源Cas9でのターゲッティングを駆動すること(図29C)を確認した。次に我々は、スペーサー配列の交換は、Sth1Cas9切断活性をサポートすることが可能な、CRISPR3スペーサーおよびCRISPR1主鎖を有するsgRNAをもたらすことを示した。しかしながら、Sth3Cas9活性について逆は成り立たない。CRISPR1スペーサーおよびCRISPR3主鎖を含むsgRNAは、Sth3Cas9活性をサポートしない(図29C)。我々は、この一方向性の相互機能性は、SthCRISPR1システムにおけるプロトスペーサーとPAMとの間の空間に関する要件の柔軟性に起因すると仮定する(Chen et al.J.Biol.Chem.doi:10.1074/jbc.M113.539726.(2014))(図29C、上パネル)。それから我々は、sgRNAとCas9との間の機能性は、2つの直交性システム間でネクサス-ヘアピンの組み合わせを交換するだけで変更することができることを示した。sgRNAの再プログラミングの主な結果は、オリジナルのCas9をガイドする能力がそのプロセスで失われることである(図29C、下パネル)。これは、CRISPRリピート配列がオルソロガスのCRISPR-Casシステムの定義において重要な役割を果たすという標準的な考えと対照的である。しかしながら、これらの結果は、変更されたネクサス配列を有するキメラsgRNAが、予測可能および一方向性の方法で直交性を再プログラムすることができることを示し、異なるPAMと関連する直交性Cas9タンパク質をさらに利用するために重大である(Esvelt,K.M.et al.Nature Methods(2013)))。 Determination of the relationship of guide RNA structure to Cas9 protein orthogonality. The findings described herein suggest a potential relationship between sgRNA sequence and structure and the diversity of Cas9 proteins. This observation prompted us to determine the sgRNA modules that define the group of Cas9 orthologs. Therefore, we found that two naturally coexisting orthologous S. thermophilus type II system, i.e., Sth1 Cas9 and Sth3 Cas9 (Horvath, P. et al. I investigated the relationship. A series of experiments was designed based on self-targeting activity in Escherichia coli (Figures 28A-B) and demonstrated that specific mutations within the sgRNA promote cleavage activity at previously orthologous Cas9. I tested it to see if it could be done. We have identified an E. coli that contains overlapping Cas9 target sites for the Sth1Cas9 and Sth3Cas9 systems. We identified a region within the E. coli genome and confirmed that the cleavage occurred at a single nucleotide (Figure 29B) and that the PAM sequences overlapped favorably. We produced chimeric versions of the two sgRNA backbones, replacing the spacer, lower stem (i.e. stitch/anti-stitch)-bulge-upper stem (i.e. zipper/anti-zipper), nexus and hairpin (Figure 29C ), and their ability to drive self-targeting by either Sth1Cas9 or Sth3Cas9 (Gomaa, AA et al. MBio. 5, e00928-13 (2014)). Initially we confirmed that these two systems are indeed orthogonal in this assay system and that each guide alone drives targeting at its cognate Cas9 (Figure 29C). Next, we showed that replacement of the spacer sequence resulted in an sgRNA with a CRISPR3 spacer and a CRISPR1 backbone capable of supporting Sth1Cas9 cleavage activity. However, the converse is not true for Sth3Cas9 activity. sgRNA containing a CRISPR1 spacer and CRISPR3 backbone does not support Sth3Cas9 activity (Figure 29C). We hypothesize that this unidirectional interfunctionality is due to the flexibility of the spatial requirements between the protospacer and PAM in the SthCRISPR1 system (Chen et al. J. Biol. Chem. doi: 10. 1074/jbc.M113.539726. (2014)) (Figure 29C, top panel). We then showed that the functionality between sgRNA and Cas9 can be changed simply by swapping the nexus-hairpin combinations between the two orthogonal systems. The main consequence of sgRNA reprogramming is that its ability to guide the original Cas9 is lost in the process (Figure 29C, bottom panel). This is in contrast to the standard idea that CRISPR repeat sequences play an important role in defining orthologous CRISPR-Cas systems. However, these results demonstrate that chimeric sgRNAs with altered nexus sequences can reprogram orthogonality in a predictable and unidirectional manner, further redirecting orthogonal Cas9 proteins associated with different PAMs. (Esvelt, K.M. et al. Nature Methods (2013))).
最近の構造的および生化学的データは、Cas9によるDNA認識および切断のメカニズムに光を放ち始めている(Jinek,M.et al.,Science 337,816-821(2012);Jinek,M.et al.,Science 343,6176(2014);Nishimasu,H.et al.Cell 156,935(2014))。apo-、RNA-結合およびタンパク質/RNA/DNA複合体の電子顕微鏡写真は、ガイドRNAと結合する際に、Cas9は、劇的な立体構造変化を受けて、標的DNA結合および切断の構造を促進することを示した(Jinek,M.et al.,Science 343,6176(2014)。結晶構造は、電子顕微鏡による画像と矛盾せずに、SpyCas9:sgRNA:DNA:複合体およびapo-SpyCas9は、RNA-およびDNA-結合ドメインの実質的な再編成が2つの構造間で行なわれて、著しく異なる構造を占めることを示す(Jinek,M.et al.,Science 343,6176(2014);Nishimasu,H.et al.Cell 156,935(2014))。ネクサスは、SpyCas9-sgRNA:DNA複合体において重大な位置を占め、タンパク質およびsgRNAの多くの重要な構成要素を整合し、タンパク質およびRNAの両方を適切に配置して、切断のための標的DNAデュプレックスを受け取る。sgRNA:DNAと結合する際に、アルギニン-リッチのブリッジヘリックスが、ネクサスの塩基および下側ステムに結合する。加えて、ネクサスは、SpyCas9の2つのローブ(lobe)由来の2つの小さな領域(我々は、Nexus Interacting Region 1(NIR1)446-497、および、Nexus Interacting Region 2(NIR2)1105-1138として確立することを提案する)と相互作用する。これらの領域の両方ともapoSpyCas9構造内で無秩序であり、とりわけ、PAM認識21において重要であるとして特定される2つのトリプトファン残基を含む。また、NIR2は、下側ステムとも直接相互作用し、ネクサス-結合部位と反対の面は、標的鎖の3’末端にごく接近して存在し、ネクサスとの相互作用が、PAM認識部位を整えるために必要であり得ることを示唆する。とりわけ、Actinomyces naeslundii Cas9(AnaCas9)apo-構造(Jinek,M.et al.,Science 343,6176(2014))では、NIR2が整えられ、約50個のアミノ酸の挿入を含む。AnaCas9が、より大きいネクサス(および場合によりPAM配列を伴う)を認識し得ると考える動機がある。 Recent structural and biochemical data are beginning to shed light on the mechanism of DNA recognition and cleavage by Cas9 (Jinek, M. et al., Science 337, 816-821 (2012); Jinek, M. et al. ., Science 343, 6176 (2014); Nishimasu, H. et al. Cell 156, 935 (2014)). Electron micrographs of apo-, RNA-bound and protein/RNA/DNA complexes show that upon binding guide RNA, Cas9 undergoes a dramatic conformational change to promote target DNA binding and cleavage conformation. (Jinek, M. et al., Science 343, 6176 (2014). The crystal structure is consistent with the electron microscopy image, and the SpyCas9:sgRNA:DNA:complex and apo-SpyCas9 are We show that substantial rearrangement of the RNA- and DNA-binding domains occurs between the two structures, occupying significantly different structures (Jinek, M. et al., Science 343, 6176 (2014); Nishimasu, H. et al. Cell 156, 935 (2014)). The nexus occupies a critical position in the SpyCas9-sgRNA:DNA complex, aligning many critical components of proteins and sgRNAs, and coordinating both proteins and RNAs. is properly positioned to receive the target DNA duplex for cleavage. Upon binding sgRNA:DNA, the arginine-rich bridge helix binds to the base and lower stem of the nexus. In addition, the nexus , two small regions from the two lobes of SpyCas9, which we propose to establish as Nexus Interacting Region 1 (NIR1) 446-497, and Nexus Interacting Region 2 (NIR2) 1105-1138. Both of these regions are disordered within the apoSpyCas9 structure and contain, inter alia, two tryptophan residues identified as important in PAM recognition . NIR2 also interacts directly with the lower stem. The interacting, nexus-opposite face of the binding site lies in close proximity to the 3' end of the target strand, suggesting that interaction with the nexus may be necessary to prime the PAM recognition site. In particular, in the Actinomyces naeslundii Cas9 (AnaCas9) apo-structure (Jinek, M. et al., Science 343, 6176 (2014)), NIR2 is trimmed and contains an insertion of about 50 amino acids. There is motivation to believe that large nexuses (and possibly with PAM arrays) can be recognized.
しかしながら、これらの結果は、ガイドRNA内に6個の異なる特徴があることを明らかにし、バルジおよびネクサスを、Cas9ターゲッティングおよび切断をガイドする、構造-および配列-特異的な特性として確立する。これは、sgRNA組成物の最適化のための基礎、および、先天性の免疫応答を潜在的に引き起こす二本鎖RNAのより小さな領域を含みアデノ-関連のウイルスなどへのパッケージングにより適している短い最小のガイドRNAを設計するチャンスのあるデザインを提供する。II型CRISPR-Casシステムに関するこの理解は、Briner et al.(Mol.Cell 56:333-339(2014))およびNishimasu et al.(Cell 156:935-949(2014)により裏付けられ、配列の改変は、改変された配列がCas9をガイドする能力に影響することが示されている。注目すべきことに、これらの研究は、ガイド内のネクサス配列が、相補DNAへ向かってCas9をガイドすること、およびその後の切断に、重大であることを確認する。 However, these results reveal six distinct features within the guide RNA and establish the bulge and nexus as structure- and sequence-specific properties that guide Cas9 targeting and cleavage. This is the basis for the optimization of sgRNA composition, and contains smaller regions of double-stranded RNA that potentially triggers an innate immune response, making it more suitable for packaging such as adeno-associated viruses. This provides a design opportunity to design short minimal guide RNAs. This understanding of type II CRISPR-Cas systems was developed by Briner et al. (Mol. Cell 56:333-339 (2014)) and Nishimasu et al. (Cell 156:935-949 (2014)), sequence modification has been shown to affect the ability of the modified sequence to guide Cas9. Notably, these studies We confirm that nexus sequences within the guide are critical for guiding Cas9 toward complementary DNA and subsequent cleavage.
改変ネクサス配列を有するキメラsgRNAを用いてCas9直交性を再プログラムする能力は、天然のCas9オルソロガス(orthologs)の多様性を利用する潜在力を有する新規のCas9タンパク質の開発のための新しい道を切り開き、便利なパッケージングおよび送達のための短いCas9変異体を含む。加えて、キメラmgRNAを用いてCas9を再プログラムする能力は、標的頻度(target frequency)の柔軟な管理(短いPAMが頻発する)およびオフターゲットの切断の減少による特異性(より長いPAMが稀に発生する)のための、様々なPAMの増大した用途を可能にするであろう。またこれは、様々なキメラガイドとともに単一のCas9を使用することにより、または、スタンダードまたはキメラsgRNAの異なる組み合わせとともに直交性システムを同時に使用することにより、多重の機会を広げる。まとめると、我々の知見は、Cas9-依存性DNAターゲッティングのための新しい道を切り開き、および、次世代のCRISPRに基づく技術の開発のためのステージをセットする。 The ability to reprogram Cas9 orthogonality using chimeric sgRNAs with modified nexus sequences opens new avenues for the development of novel Cas9 proteins that have the potential to exploit the diversity of natural Cas9 orthologs. , including short Cas9 variants for convenient packaging and delivery. In addition, the ability to reprogram Cas9 using chimeric mgRNAs offers flexibility in controlling target frequency (shorter PAMs occur frequently) and specificity through reduced off-target cleavage (longer PAMs rarely occur). will enable increased use of a variety of PAMs for This also opens up multiplexing opportunities by using a single Cas9 with different chimeric guides or by using orthogonal systems simultaneously with different combinations of standard or chimeric sgRNAs. Taken together, our findings open new avenues for Cas9-dependent DNA targeting and set the stage for the development of next generation CRISPR-based technologies.
実施例3。
CRISPR1座およびCRISPR3座由来のcas9遺伝子を、S.thermophilus LMD-9由来のゲノムDNAからPCR増幅し、pwtCas9-細菌にクローニングした(Addgene #44250))(Qi,L.S. et al.Cell 152,1173-1183(2013))。sgRNA-発現プラスミドを構築するために、pdCas9-細菌プラスミド(Addgene #44249)(Id.)内のSpeI制限部位を除去し、CRISPR1またはCRISPR3座に基づくzraP-ターゲッティングsgRNAをコードするgBlock(IDT)を、pgRNA-細菌プラスミド(Addgene#44251)(Id.)のPCR-増幅された主鎖と組み合わせた。形質転換分析のためにE.coli K-12を用いて、形質転換効率は、以前に説明されるとおりに(Gomaa,A.A.et al.MBio.5,e00928-13(2014))、試験されたsgRNAプラスミドに関する形質転換体の数を、psgRNA-C1-T4コントロールプラスミドに関する形質転換体の数で割ることにより計算した。
Example 3.
The cas9 genes from the CRISPR1 and CRISPR3 loci were transferred to S. thermophilus LMD-9-derived genomic DNA and cloned into pwtCas9-bacteria (Addgene #44250) (Qi, L.S. et al. Cell 152, 1173-1183 (2013)). To construct the sgRNA-expression plasmid, we removed the SpeI restriction site in the pdCas9-bacterial plasmid (Addgene #44249) (Id.) and created a gBlock (IDT) encoding a zraP-targeting sgRNA based on the CRISPR1 or CRISPR3 locus. , combined with the PCR-amplified backbone of pgRNA-bacterial plasmid (Addgene #44251) (Id.). E. for transformation analysis. Using E. coli K-12, transformation efficiency was determined for the tested sgRNA plasmids as previously described (Gomaa, AA et al. MBio. 5, e00928-13 (2014)). The number of transformants was calculated by dividing the number of transformants for the psgRNA-C1-T4 control plasmid.
プラスミド構築。Cas9-発現プラスミドを構築するために、CRISPR1座(Sth1-Cas9)およびCRISPR3座(Sth3-Cas9)由来のCas9遺伝子を、S.thermophilus LMD-9から抽出されたゲノムDNAからPCR増幅した。各PCR産物を、ギブソンアセンブリーによって、pwtCas9-細菌(Addgene #44250)(Qi,L.S.et al.Cell 152,1173-1183(2013))のPCR-増幅された主鎖と組み合わせた。sgRNA-発現プラスミドを構築するために、プラスミドをSpeIで消化することによりpdCas9-細菌プラスミド(Addgene#44249)(Id.)内のSpeI制限部位を除去し、平滑末端化し、再ライゲーションしてpdCas9ΔSpeIプラスミドを生産した。別個に、S.thermophilus LMD-9内のCRISPR1(C1)座またはCRISPR3(C3)座に基づくzraP-ターゲッティングsgRNAをコードするgBlock(IDT)を、ギブソンアセンブリーによって、pgRNA-細菌プラスミド(Addgene #44251)(Id.)のPCR-増幅された主鎖と組み合わせ、それにより、オリジナルのS.pyogenes sgRNA配列を、設計したsgRNA配列で置き換えた。それから、生じたsgRNAプラスミドおよびpdCas9ΔSpeI主鎖をAatIIおよびXhoIで消化し、各sgRNAプラスミドおよびpdCas9ΔSpeIプラスミドのゲル-抽出フラグメントを一緒にライゲーションして、psgRNA-SthC1およびpsgRNA-SthC3を形成した。sgRNA配列を改変するために、5’リン酸化オリゴヌクレオチドを、psgRNA-C1プラスミドまたはpsgRNA-C3プラスミドのSpeI/KpnIまたはKpnI/HindIII部位にアニールさせてライゲーションした。全てのプラスミド改変をシーケンシングにより確認した。 Plasmid construction. To construct the Cas9-expression plasmid, the Cas9 genes from the CRISPR1 locus (Sth1-Cas9) and the CRISPR3 locus (Sth3-Cas9) were cloned into S. PCR amplification was performed from genomic DNA extracted from thermophilus LMD-9. Each PCR product was combined with the PCR-amplified backbone of pwtCas9-bacteria (Addgene #44250) (Qi, L.S. et al. Cell 152, 1173-1183 (2013)) by Gibson assembly. To construct the sgRNA-expression plasmid, the SpeI restriction site in the pdCas9-bacterial plasmid (Addgene #44249) (Id.) was removed by digesting the plasmid with SpeI, blunt-ended, and religated to create the pdCas9ΔSpeI plasmid. was produced. Separately, S. gBlock (IDT) encoding a zraP-targeting sgRNA based on the CRISPR1 (C1) or CRISPR3 (C3) locus in P. thermophilus LMD-9 was generated by Gibson assembly into a pgRNA-bacterial plasmid (Addgene #44251) (Id.) in combination with the PCR-amplified backbone of the original S. pyogenes sgRNA sequence was replaced with the designed sgRNA sequence. The resulting sgRNA plasmid and pdCas9ΔSpeI backbone were then digested with AatII and XhoI, and the gel-extracted fragments of each sgRNA plasmid and pdCas9ΔSpeI plasmid were ligated together to form psgRNA-SthC1 and psgRNA-SthC3. To modify the sgRNA sequence, 5' phosphorylated oligonucleotides were annealed and ligated to the SpeI/KpnI or KpnI/HindIII sites of the psgRNA-C1 or psgRNA-C3 plasmids. All plasmid modifications were confirmed by sequencing.
株および増殖条件。E.coli K-12 subst.MG1655(遺伝子型:E.coli K-12 F λ- ilvG- rfb-5C rph-1)を、全ての形質転換分析に用いた。株は、別段の指示がない限り、LB培地(10g/Lトリプトン、5g/L酵母抽出物、10g/L塩化ナトリウム)中、37℃および250RPMで好気的に増殖させた。培地は、必要に応じて抗生物質(34μg/mlのクロラムフェニコール、50μg/mlアンピシリン)で補充した。 Strains and growth conditions. E. coli K-12 subst. MG1655 (genotype: E. coli K-12 F λ-ilvG- rfb-5C rph-1) was used for all transformation analyses. Strains were grown aerobically in LB medium (10 g/L tryptone, 5 g/L yeast extract, 10 g/L sodium chloride) at 37°C and 250 RPM unless otherwise indicated. The medium was supplemented with antibiotics (34 μg/ml chloramphenicol, 50 μg/ml ampicillin) as needed.
形質転換アッセイ。示された(indicated)Cas9-発現プラスミドを保有する細胞の冷凍ストックを、単離のためにストリークして、個々のコロニーを3mlのLB培地に植菌して一晩培養した。生じた培養物を45mlのLB培地に逆希釈し(back-dilute)、Nanodrop 2000c分光光度計(Thermo Scientific)で測定してABS600が0.6~0.8になるまで増殖させた。それから、培養物をピペッティングして、200~400μlの10%グリセロールに再懸濁する前に、氷冷10%グリセロールで2回洗浄した。懸濁された細胞(50μl)を、MicroPulser Electroporator(BioRad)を用いて、25ngの示されたsgRNA-発現プラスミドで形質転換し、300μlのSOC培地(Quality Biological)中で、1時間回復させた。回復後、異なる量のLB培地を含む200μlの培養物を、100ng/mlのアンヒドロテトラサイクリンを含むLB寒天上にプレーティングした。形質転換効率は、以前に説明されるように(Gomaa,A.A.et al.MBio. 5,e00928-13(2014))、試験されたDgRNAプラスミドに関する形質転換体の数をpsgRNA-C1-T4コントロールプラスミドに関する形質転換体の数で割ることにより計算した。形質転換効率の実験間のばらつきを減らすために、試験されたsgRNAプラスミドおよびコントロールプラスミドを、同一バッチのエレクトロコンピテント細胞に形質転換した。同様に、図30~図32に関して、形質転換分析を用いて、活性のCRISPR-Casシステムを保有するLactobacillus株にプラスミドがエレクトロポレーションされる能力を試験した(Lbu-Lactobacillus buchneri、図30;Lrh-Lactobacillus rhamnosus、図32;Lca-Lactobacillus casei、図31。プラスミドは、宿主のCRISPR座内の最初のスペーサー配列と同一のプロトスペーサー配列を含むように設計した。完全なPAMでプロトスペーサーと隣接するように、様々なプラスミドを設計した(Lgaに関してNTAAC;Lcaに関してNNGAA;Lrhに関してNGAAA;PAM領域は、図30~図32で下線がされたヌクレオチド、およびそれらの突然変異した変異体(効率が試験されたヌクレオチドはイタリック体である)。また、実験は、コントロールの非-ターゲッティング配列(図30~図32に示す各実験に関して最後から2番目のエントリー(entry)、および、標的配列がないコントロールプラスミド(図30~図32に示す各実験に関して最後のエントリーも含んだ。天然のCRISPR-CasシステムがDNAターゲッティングによるプラスミド取り込みを妨げる能力は、試験配列および2つの前述のコントロールの間の形質転換効率の違いとして測定される。 Transformation assay. Frozen stocks of cells harboring the indicated Cas9-expression plasmid were streaked for isolation and individual colonies were inoculated into 3 ml of LB medium and grown overnight. The resulting culture was back-diluted into 45 ml of LB medium and grown until the ABS 600 was 0.6-0.8 as measured on a Nanodrop 2000c spectrophotometer (Thermo Scientific). Cultures were then pipetted and washed twice with ice-cold 10% glycerol before being resuspended in 200-400 μl of 10% glycerol. Suspended cells (50 μl) were transformed with 25 ng of the indicated sgRNA-expression plasmids using a MicroPulser Electroporator (BioRad) and allowed to recover for 1 hour in 300 μl of SOC medium (Quality Biological). After recovery, 200 μl cultures containing different amounts of LB medium were plated on LB agar containing 100 ng/ml anhydrotetracycline. Transformation efficiency was calculated by calculating the number of transformants for the tested DgRNA plasmids as previously described (Gomaa, A.A. et al. MBio. 5, e00928-13 (2014)). Calculated by dividing by the number of transformants for the T4 control plasmid. To reduce inter-experimental variation in transformation efficiency, the tested sgRNA plasmids and control plasmids were transformed into the same batch of electrocompetent cells. Similarly, with respect to Figures 30-32, transformation assays were used to test the ability of the plasmids to be electroporated into Lactobacillus strains harboring an active CRISPR-Cas system (Lbu-Lactobacillus buchneri, Figure 30; Lrh - Lactobacillus rhamnosus, Figure 32; Lca - Lactobacillus casei, Figure 31. The plasmid was designed to contain a protospacer sequence identical to the first spacer sequence within the host's CRISPR locus.Flanking the protospacer with a complete PAM Various plasmids were designed (NTAAC for Lga; NNGAA for Lca; NGAAAA for Lrh; The experiments were also performed using a control non-targeting sequence (the penultimate entry for each experiment shown in Figures 30-32) and a control plasmid lacking the targeting sequence. (A final entry was also included for each experiment shown in Figures 30-32.) The ability of the native CRISPR-Cas system to interfere with plasmid uptake by DNA targeting is due to the difference in transformation efficiency between the test sequences and the two previously described controls. measured as a difference.
Claims (21)
前記合成tracr核酸構築物部分は、5’から3’の方向に、配列番号69のヌクレオチド4~112を含み、
ここで、前記合成tracr核酸構築物部分は、
少なくとも4個のヌクレオチドを含む抗-ジッパー配列、ここで、前記少なくとも4個のヌクレオチドは、ACCAのヌクレオチド配列(配列番号69のヌクレオチド25~28)を含む;
GAのヌクレオチド配列(配列番号69のヌクレオチド29~30)を含むバルジ配列;
UUUAAAAUのヌクレオチド配列(配列番号69のヌクレオチド31~38)を含む抗-ステッチ配列;
CAAGCAAUGCAUCUUUUGAUGCAAAGUUUCのヌクレオチド配列(配列番号69のヌクレオチド39~68)を含むネクサス配列、前記ネクサスは、二本鎖の二重ステムを含むヘアピン構造を形成する;および、
2つのヘアピンを有するヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を含み、それぞれのヘアピンは、少なくとも5個の一致する塩基対を有するステムを含む、
を含み、
ここで、前記抗-ジッパー配列は、前記バルジ配列のすぐ上流に位置し、前記バルジ配列は、前記抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、前記抗-ステッチ配列は、前記ネクサス配列のすぐ上流に位置し、および、前記ネクサス配列は、前記ヘアピン配列のすぐ上流に位置する;および、
前記合成CRISPR核酸構築物部分は、3’から5’の方向に、
少なくとも4個のヌクレオチドを含むジッパー配列、ここで、前記少なくとも4個のヌクレオチドは、UGGUのヌクレオチド配列を含む;
AGAUUUUGのヌクレオチド配列を含むステッチ配列;および、
5’末端および3’末端を有し、その3’末端に標的DNAと100%の相補性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列、
を含み、
前記ジッパー配列は、前記ステッチ配列のすぐ上流に位置し、前記ステッチ配列は、前記スペーサー配列のすぐ上流に位置する、
ここで、
前記合成CRISPR核酸構築物部分の前記ステッチ配列は、前記合成tracr核酸構築物部分の前記抗-ステッチ配列に100%相補であってハイブリダイズし、前記合成CRISPR核酸構築物部分の前記ジッパー配列は、前記合成tracr核酸構築物部分の前記抗-ジッパー配列に少なくとも約90%相補であってハイブリダイズし、前記ハイブリダイズされたジッパー配列と前記抗-ジッパー配列とは、前記バルジ配列に対する遠位端においてヌクレオチドによって連結され、
ここで、前記sgRNAは、配列番号30のアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するCas9ポリペプチドとともに機能する、
sgRNA。 A single guide RNA (sgRNA) comprising: (a) a synthetic transcoding CRISPR (tracr) nucleic acid construct portion; and (b) a synthetic CRISPR nucleic acid construct portion;
The synthetic tracr nucleic acid construct portion comprises, in the 5' to 3' direction, nucleotides 4 to 112 of SEQ ID NO: 69;
Here, the synthetic tracr nucleic acid construct portion is:
an anti-zipper sequence comprising at least 4 nucleotides, wherein said at least 4 nucleotides comprise the nucleotide sequence of ACCA (nucleotides 25-28 of SEQ ID NO: 69);
A bulge sequence comprising the nucleotide sequence of GA (nucleotides 29-30 of SEQ ID NO: 69);
an anti-stitch sequence comprising the nucleotide sequence UUUAAAAU (nucleotides 31-38 of SEQ ID NO: 69);
a nexus sequence comprising the nucleotide sequence CAAGCAAAUGCAUCUUUUUGAUGCAAAGUUUC (nucleotides 39-68 of SEQ ID NO: 69), said nexus forming a hairpin structure comprising a double-stranded double stem; and
a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having two hairpins, each hairpin comprising a stem having at least 5 matching base pairs;
including;
wherein the anti-zipper array is located immediately upstream of the bulge array, the bulge array is located immediately upstream of the anti-stitch array, and the anti-stitch array is located immediately upstream of the nexus array. and the nexus sequence is located immediately upstream of the hairpin sequence; and
The synthetic CRISPR nucleic acid construct portion comprises in the 3' to 5' direction:
a zipper sequence comprising at least 4 nucleotides, wherein said at least 4 nucleotides comprise a nucleotide sequence of UGGU;
a stitched sequence comprising a nucleotide sequence of AGAUUUUG; and
a spacer sequence having a 5' end and a 3' end and comprising at least 7 nucleotides having 100% complementarity with the target DNA at its 3'end;
including;
the zipper arrangement is located immediately upstream of the stitching arrangement, and the stitching arrangement is located immediately upstream of the spacer arrangement;
here,
The stitch sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct portion is 100% complementary to and hybridizes to the anti-stitch sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct portion, and the zipper sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct portion is hybridized to the anti-stitch sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct portion. is at least about 90% complementary to and hybridized to said anti-zipper sequence of a nucleic acid construct portion, said hybridized zipper sequence and said anti-zipper sequence being joined by a nucleotide at a distal end to said bulge sequence; ,
wherein the sgRNA functions with a Cas9 polypeptide having at least 90% identity to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 30.
sgRNA.
前記sgRNAは、配列番号30のアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するCas9ポリペプチドと核酸-タンパク質複合体を形成することができる、
sgRNA。 The sgRNA of claim 1,
the sgRNA is capable of forming a nucleic acid-protein complex with a Cas9 polypeptide having at least 90% identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 30;
sgRNA.
前記Cas9ポリペプチドは、Lactobacillus gasseri(Lga)グループ由来のCas9ヌクレアーゼである、
sgRNA。 The sgRNA according to claim 1 or 2,
The Cas9 polypeptide is a Cas9 nuclease from the Lactobacillus gasseri (Lga) group.
sgRNA.
前記Cas9ポリペプチドは、RuvC活性部位モチーフ内に変異を含む、
sgRNA。 The sgRNA according to any one of claims 1 to 3,
the Cas9 polypeptide comprises a mutation within the RuvC active site motif;
sgRNA.
前記Cas9ポリペプチドは、HNH活性部位モチーフ内に変異を含む、
sgRNA。 The sgRNA according to any one of claims 1 to 4,
the Cas9 polypeptide comprises a mutation within the HNH active site motif;
sgRNA.
前記Cas9ポリペプチドは、HNH活性部位モチーフ内およびRuvC活性部位モチーフ内に変異を含み、目的ポリペプチドに融合している、
sgRNA。 The sgRNA according to any one of claims 1 to 5,
The Cas9 polypeptide contains mutations within the HNH active site motif and within the RuvC active site motif, and is fused to the target polypeptide.
sgRNA.
発現カセット。 encoding the sgRNA of any one of claims 1 to 6;
Expression cassette.
請求項1~6のいずれか1項のsgRNAを、Cas9ヌクレアーゼの存在下で、標的DNAに接触させ、前記合成CRISPR核酸構築物部分の前記スペーサー配列が、前記標的DNA上でプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)に隣接する前記標的DNAの一部にハイブリダイズし、それにより、前記標的DNAに対する前記スペーサー配列の相補ハイブリダイゼーションにより規定される領域内で、前記標的DNAの部位特異的切断を生じさせる、
方法(ただし、ヒト生殖細胞、ヒト受精卵、およびヒト胚に対する適用を除く)。 A non-medical method for site-specific cleavage of double-stranded target DNA, the method comprising:
The sgRNA of any one of claims 1 to 6 is contacted with a target DNA in the presence of Cas9 nuclease, wherein the spacer sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct portion is arranged on the target DNA by a protospacer adjacent motif (PAM). ) hybridizes to a portion of said target DNA adjacent to said target DNA, thereby causing site-specific cleavage of said target DNA within a region defined by complementary hybridization of said spacer sequence to said target DNA;
Methods (excluding application to human germ cells, human fertilized eggs, and human embryos) .
前記部位特異的切断は、前記二本鎖標的DNAの(+)鎖の部位特異的ニックであり、
前記Cas9ヌクレアーゼは、RuvC活性部位モチーフ内の変異を含み、それにより、前記二本鎖標的の前記(+)鎖を切断して、部位特異的ニックを前記二本鎖標的DNAの前記(+)鎖内に生成する、または、
前記部位特異的切断は、前記二本鎖標的DNAの(-)鎖の部位特異的ニックであり、
前記Cas9ヌクレアーゼは、HNH活性部位モチーフ内に点変異を含み、それにより、前記二本鎖標的DNAの前記(-)鎖を切断して部位特異的ニックを二本鎖標的DNA前記(-)鎖内に生成する、
方法。 10. The method of claim 9,
The site-specific cleavage is a site-specific nick of the (+) strand of the double-stranded target DNA,
The Cas9 nuclease contains a mutation in the RuvC active site motif, thereby cleaving the (+) strand of the double-stranded target and creating a site-specific nick in the (+) strand of the double-stranded target DNA. generate within the chain, or
The site-specific cleavage is a site-specific nick of the (−) strand of the double-stranded target DNA,
The Cas9 nuclease contains a point mutation within the HNH active site motif, thereby cleaving the (-) strand of the double-stranded target DNA and creating a site-specific nick in the (-) strand of the double-stranded target DNA. generate within,
Method.
請求項6のsgRNAを接触させ、それにより、前記Cas9に融合された前記目的ポリペプチドを、前記標的DNA上の特異的部位に対してターゲッティングするステップを含み、前記部位は、前記標的DNAに対する前記スペーサー配列の相補ハイブリダイゼーションにより規定される、
方法(ただし、ヒト生殖細胞、ヒト受精卵、およびヒト胚に対する適用を除く)。 A non-medical method of site-specific targeting of a polypeptide of interest to double-stranded (ds) target DNA, the method comprising:
contacting the sgRNA of claim 6, thereby targeting the polypeptide of interest fused to the Cas9 to a specific site on the target DNA, wherein the site is defined by complementary hybridization of spacer sequences,
Methods (excluding application to human germ cells, human fertilized eggs, and human embryos) .
前記PAMは、CTAA、TAA、またはGAAのヌクレオチド配列を含む、
方法。 11. The method of claim 9 or 10,
the PAM comprises a CTAA, TAA, or GAA nucleotide sequence;
Method.
前記Cas9ヌクレアーゼは、前記標的DNAを含む生物のためにコドン最適化されたヌクレオチド配列によりコードされる、
方法。 13. The method of claim 9, 10 or 12,
the Cas9 nuclease is encoded by a nucleotide sequence that is codon-optimized for the organism containing the target DNA;
Method.
前記Cas9ヌクレアーゼは、少なくとも1つの核局在化配列を含む、
方法。 14. The method of claim 9, 10, 12 or 13,
the Cas9 nuclease comprises at least one nuclear localization sequence;
Method.
(a)合成トランスコード化CRISPR(tracr)核酸構築物部分、および、(b)合成CRISPR核酸構築物部分、を含むsgRNA、
前記合成tracr核酸構築物部分は、5’から3’の方向に、配列番号69のヌクレオチド4~112を含み、
ここで、前記合成tracr核酸構築物部分は、
少なくとも4個のヌクレオチドを含む抗-ジッパー配列、ここで、前記少なくとも4個のヌクレオチドは、ACCAのヌクレオチド配列(配列番号69のヌクレオチド25~28)を含む;
GAのヌクレオチド配列(配列番号69のヌクレオチド29~30)を含むバルジ配列;
UUUAAAAUのヌクレオチド配列(配列番号69のヌクレオチド31~38)を含む抗-ステッチ配列;
CAAGCAAUGCAUCUUUUGAUGCAAAGUUUCのヌクレオチド配列(配列番号69のヌクレオチド39~68)を含むネクサス配列、前記ネクサスは、二本鎖の二重ステムを含むヘアピン構造を形成する;および、
2つのヘアピンを有するヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を含み、それぞれのヘアピンは、少なくとも5個の一致する塩基対を有するステムを含む、
を含み、
ここで、前記抗-ジッパー配列は、前記バルジ配列のすぐ上流に位置し、前記バルジ配列は、前記抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、前記抗-ステッチ配列は、前記ネクサス配列のすぐ上流に位置し、および、前記ネクサス配列は、前記ヘアピン配列のすぐ上流に位置する;および、
前記合成CRISPR核酸構築物部分は、3’から5’の方向に、
少なくとも4個のヌクレオチドを含むジッパー配列、ここで、前記少なくとも4個のヌクレオチドは、UGGUのヌクレオチド配列を含む;
AGAUUUUGのヌクレオチド配列を含むステッチ配列;および、
5’末端および3’末端を有し、その3’末端に標的DNAと100%の相補性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列、
を含み、
前記ジッパー配列は、前記ステッチ配列のすぐ上流に位置し、前記ステッチ配列は、前記スペーサー配列のすぐ上流に位置する、
ここで、
前記合成CRISPR核酸構築物部分の前記ステッチ配列は、前記合成tracr核酸構築物部分の前記抗-ステッチ配列に100%相補であってハイブリダイズし、前記合成CRISPR核酸構築物部分の前記ジッパー配列は、前記合成tracr核酸構築物部分の前記抗-ジッパー配列に少なくとも約90%相補であってハイブリダイズし、前記ハイブリダイズされたジッパー配列と前記抗-ジッパー配列とは、前記バルジ配列に対する遠位端においてヌクレオチドによって連結される;
および、
(c)配列番号30のアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するCas9ヌクレアーゼ、
を含み、
ここで、前記Cas9ヌクレアーゼは前記sgRNAと結合し、複合体を形成することができ、前記合成CRISPR核酸構築物部分の前記スペーサー配列が、前記標的DNA上でプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)に隣接する前記標的DNAの一部にハイブリダイズし、それにより、前記Cas9が前記標的核酸に導かれ、前記標的核酸を改変する、
システム。 A system for modifying target nucleic acids, the system comprising:
an sgRNA comprising (a) a synthetic transcoding CRISPR (tracr) nucleic acid construct portion; and (b) a synthetic CRISPR nucleic acid construct portion;
The synthetic tracr nucleic acid construct portion comprises, in the 5' to 3' direction, nucleotides 4 to 112 of SEQ ID NO: 69;
Here, the synthetic tracr nucleic acid construct portion is:
an anti-zipper sequence comprising at least 4 nucleotides, wherein said at least 4 nucleotides comprise the nucleotide sequence of ACCA (nucleotides 25-28 of SEQ ID NO: 69);
A bulge sequence comprising the nucleotide sequence of GA (nucleotides 29-30 of SEQ ID NO: 69);
an anti-stitch sequence comprising the nucleotide sequence UUUAAAAU (nucleotides 31-38 of SEQ ID NO: 69);
a nexus sequence comprising the nucleotide sequence CAAGCAAAUGCAUCUUUUUGAUGCAAAGUUUC (nucleotides 39-68 of SEQ ID NO: 69), said nexus forming a hairpin structure comprising a double-stranded double stem; and
a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having two hairpins, each hairpin comprising a stem having at least 5 matching base pairs;
including;
wherein the anti-zipper array is located immediately upstream of the bulge array, the bulge array is located immediately upstream of the anti-stitch array, and the anti-stitch array is located immediately upstream of the nexus array. and the nexus sequence is located immediately upstream of the hairpin sequence; and
The synthetic CRISPR nucleic acid construct portion comprises in the 3' to 5' direction:
a zipper sequence comprising at least 4 nucleotides, wherein said at least 4 nucleotides comprise a nucleotide sequence of UGGU;
a stitched sequence comprising a nucleotide sequence of AGAUUUUG; and
a spacer sequence having a 5' end and a 3' end and comprising at least 7 nucleotides having 100% complementarity with the target DNA at its 3'end;
including;
the zipper arrangement is located immediately upstream of the stitching arrangement, and the stitching arrangement is located immediately upstream of the spacer arrangement;
here,
The stitch sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct portion is 100% complementary to and hybridizes to the anti-stitch sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct portion, and the zipper sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct portion is hybridized to the anti-stitch sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct portion. is at least about 90% complementary to and hybridized to said anti-zipper sequence of a nucleic acid construct portion, said hybridized zipper sequence and said anti-zipper sequence being joined by a nucleotide at a distal end to said bulge sequence; Ru;
and,
(c) a Cas9 nuclease having at least 90% identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 30;
including;
wherein the Cas9 nuclease is capable of binding and forming a complex with the sgRNA, and wherein the spacer sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct portion is adjacent to a protospacer adjacent motif (PAM) on the target DNA. hybridizes to a portion of target DNA, thereby guiding the Cas9 to the target nucleic acid and modifying the target nucleic acid;
system.
前記配列番号30のアミノ酸配列と少なくとも90%の同一性を有するCas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのLactobacillus gasseri(Lga)グループ由来のCas9である、
システム。 16. The system of claim 15,
The Cas9 nuclease having at least 90% identity with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 30 is Cas9 from the Lactobacillus gasseri (Lga) group of Cas9 nucleases.
system.
前記Cas9ヌクレアーゼは、RuvC活性部位モチーフ内に変異を含む、
システム。 17. The system of claim 15 or 16,
The Cas9 nuclease contains a mutation within the RuvC active site motif.
system.
前記Cas9ヌクレアーゼは、HNH活性部位モチーフ内に変異を含む、
システム。 The system according to any one of claims 15 to 17,
The Cas9 nuclease contains a mutation within the HNH active site motif.
system.
前記核酸の改変は、二本鎖標的DNAの部位特異的切断である、
システム。 The system according to any one of claims 15 to 18,
the modification of the nucleic acid is site-specific cleavage of double-stranded target DNA;
system.
前記Cas9ヌクレアーゼは、HNH活性部位モチーフ内およびRuvC活性部位モチーフ内に変異を含み、目的ポリペプチドに融合している、
システム。 The system according to any one of claims 15 to 19,
The Cas9 nuclease contains mutations within the HNH active site motif and within the RuvC active site motif and is fused to the polypeptide of interest.
system.
前記PAMは、CTAA、TAA、またはGAAのヌクレオチド配列を含む、
システム。
The system according to any one of claims 15 to 20,
the PAM comprises a CTAA, TAA, or GAA nucleotide sequence;
system.
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