CN117511912B - IscB多肽、包含其的系统及其用途 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种IscB多肽,包含其的系统,及其用途,特别是在DNA切割方面的用途。
Description
技术领域
本公开属于基因编辑技术领域,涉及一种IscB多肽及其用途。
背景技术
作为IS200/IS605转座子家族编码的一类内切核酸酶,IscB蛋白表现出指导核酸引导的内切核酸酶活性,具有作为基因编辑工具的潜力。
发明内容
在一个方面,本公开提供了一种IscB多肽,其氨基酸序列如SEQ ID NO: 1所示。
在另一个方面,本公开提供了一种非天然存在的或工程化的IscB系统或组合物,其包含:
(1)本公开的IscB多肽,或者编码所述IscB多肽的多核苷酸;和
(2)指导核酸,或者编码所述指导核酸的多核苷酸,所述指导核酸包含:
(a)能够与所述IscB多肽形成复合物的支架序列;和
(b)能够与靶DNA中的靶序列杂交,由此将所述复合物引导至所述靶DNA的指导序列。
在又一个方面,本公开提供了一种多核苷酸,其包含编码本公开的IscB多肽的多核苷酸。
在又一个方面,本公开提供了一种载体,其包含本公开的多核苷酸。
在又一个方面,本公开提供了本公开的IscB多肽、本公开的非天然存在的或工程化的IscB系统或组合物、本公开的多核苷酸、或者本公开的载体在用于制备用于修改靶DNA中的靶序列的试剂中的用途。
本公开包含以XML格式电子提交的序列表XML文件,其全文通过引用并入本文。所述XML文件系根据WIPO标准ST.26通过“WIPO Sequence”软件创建于2023年11月29日,命名为HEP007CN2.xml,大小为9,723字节。
根据WIPO标准ST.26,符号“t”用于表示DNA中的T和RNA中的U。因此在根据ST.26制备的本序列表中,当序列是RNA时,序列中的T应视为U。
附图说明
图1显示了代表性IscB多肽IscB.m4的内切核酸酶活性,由落在右侧虚线之外的点来指示。
具体实施方式
1.概述
作为IS200/IS605转座子家族编码的一类原核内切核酸酶,IscB蛋白表现出可以被指导核酸(guide nucleic acid)引导至靶DNA的可编程DNA内切核酸酶(programmableDNA endonuclease)活性,与Cas9蛋白具有一定的功能相似性,但不属于Cas蛋白(CRISPR相关蛋白)类别,也不属于Cas9蛋白类别。IscB蛋白包含PLMP、RuvC I、BH、接头、RuvC II、HNH、RuvC III、P1D和TID结构域,其中HNH和RuvC结构域分别负责切割dsDNA的靶向和非靶向DNA链。引导IscB蛋白的指导核酸可以是RNA,被称为指导RNA(guide RNA,gRNA)或omega RNA(ωRNA)。指导核酸包含能够与IscB蛋白相互作用以形成复合物(蛋白质-RNA复合物)的支架(scaffold)序列和能够与靶DNA中的靶序列杂交,由此将所述复合物引导至所述靶DNA的指导序列(guide sequence;又称间隔序列(spacer sequence))。
2.IscB多肽
在一个方面,本公开提供了一种IscB多肽,其氨基酸序列如SEQ ID NO: 1所示。所述IscB多肽表现出DNA切割活性,适用于DNA切割应用,例如在真核细胞中,例如切割真核细胞基因组。本公开还提供了一种IscB多肽,其包含如SEQID NO: 1所示的氨基酸序列,或包含与SEQ ID NO: 1所示的氨基酸序列具有至少约60%(例如,至少约60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、99.1%、99.2%、99.3%、99.4%、99.5%、99.6%、99.7%、99.8%、99.9%或100%)的序列同一性的氨基酸序列。在一些实施方式中,所述IscB多肽是分离的。
3.指导RNA
在另一个方面,本公开提供了一种指导核酸,或者编码所述指导核酸的多核苷酸,所述指导核酸包含:
(a)能够与本公开的IscB多肽形成复合物的支架序列;和
(b)能够与靶DNA中的靶序列杂交,由此将所述复合物引导至所述靶DNA的指导序列。
在一些实施方式中,所述支架序列如SEQ ID NO: 3所示。在一些实施方式中,所述支架序列包含SEQ ID NO: 3所示的多核苷酸序列,或包含与SEQ ID NO: 3所示的多核苷酸序列具有至少约60%(例如,至少约60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、99.1%、99.2%、99.3%、99.4%、99.5%、99.6%、99.7%、99.8%、99.9%或100%)的序列同一性的多核苷酸序列。
4.IscB系统或组合物
在又一个方面,本公开提供了一种IscB系统或组合物,其包含:
(1)本公开的IscB多肽,或者编码所述IscB多肽的多核苷酸;和
(2)指导核酸,或者编码所述指导核酸的多核苷酸,所述指导核酸包含:
(a)能够与本公开的IscB多肽形成复合物的支架序列;和
(b)能够与靶DNA中的靶序列杂交,由此将所述复合物引导至所述靶DNA的指导序列。
在一些实施方式中,所述IscB系统或组合物是非天然存在的或工程化的。
在一些实施方式中,所述靶DNA是靶dsDNA。在一些实施方式中,所述靶DNA是原核DNA。在一些实施方式中,所述靶DNA是真核DNA。
在一些实施方式中,所述指导核酸是本公开的指导核酸。
在一些实施方式中,所述指导序列的长度为约14个核苷酸或至少约14个核苷酸,例如,长度为约14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69或70个核苷酸,或至少约14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69或70个核苷酸,或者长度为任何两个前述数值之间的数值范围,例如,长度为约16至约50个核苷酸。
在一些实施方式中,所述指导序列与所述靶DNA的所述靶序列约90-100%互补。在一些实施方式中,所述指导序列与所述靶DNA的所述靶序列100%互补。
在一些实施方式中,所述指导序列与所述靶序列之间存在不超过1、2、3、4或5个错配。
在一些实施方式中,所述IscB系统包含多个(例如,2、3、4、5或更多个)能够分别与多个靶序列杂交的指导序列。
在一些实施方式中,所述支架序列在所述指导序列的5’端或3’端。
在一些实施方式中,所述多个靶序列在同一多核苷酸上,或者在分开的多核苷酸上。
在一些实施方式中,所述IscB系统进一步包含用于整合到靶DNA中的供体DNA模板。在一些实施方式中,在本公开的IscB多肽对靶DNA进行切割后,所述供体DNA模板被插入到靶DNA中。在一些实施方式中,所述插入是通过同源重组进行。
在一些实施方式中,所述引导所述复合物至所述靶DNA导致对所述靶序列的修改。
在一些实施方式中,对所述靶序列的修改是对所述靶序列的双链切割或单链切割。在一些实施方式中,对所述靶序列的双链切割或单链切割导致产生缺失和/或插入突变(Indel)。在一些实施方式中,所述缺失和/或插入突变(Indel)改变所述靶序列的转录和/或表达。
在一些实施方式中,所述引导所述复合物至所述靶DNA导致对所述靶序列的转录的修改。
在一些实施方式中,对所述靶序列的转录的修改是转录上调、转录下调、转录激活或转录抑制。
5.多核苷酸
在又一个方面,本公开提供了一种多核苷酸,其包含(1)编码本公开的IscB多肽的第一多核苷酸;和/或(2)编码本公开的指导RNA的第二多核苷酸。
在一些实施方式中,所述第一多核苷酸和/或所述第二多核苷酸为在真核(例如哺乳动物,如人类)细胞中表达而进行了密码子优化。
在一些实施方式中,所述第一多核苷酸和所述第二多核苷酸被编码在同一个或不同的多核苷酸上。在一些实施方式中,当被编码在同一个多核苷酸上时,所述第一多核苷酸在所述第二多核苷酸的3’端或5’端。
6.载体
在又一个方面,本公开提供了一种载体,其包含本公开的多核苷酸。
在一些实施方式中,所述载体是质粒。在一些实施方式中,所述载体是逆转录病毒载体、噬菌体载体、腺病毒载体、单纯疱疹病毒(HSV)载体、AAV载体或慢病毒载体。在一些实施方式中,所述AAV载体是血清型为AAV1、AAV2、AAV3、AAV3A、AAV3B、AAV4、AAV5、AAV6、AAV7、AAVrh74、AAV8、AAV9、AAV10、AAV11、AAV12、AAV13、AAV-DJ、AAV.PHP.eB,AAV1-AAV13中的任一者所属的进化枝的成员,或其功能性截断变体或功能性突变体的重组AAV载体。
7.修改方法
在又一个方面,本公开提供了一种用于修改靶DNA中的靶序列的方法,其包括将所述靶DNA与以下接触:本公开的IscB多肽、本公开的IscB系统或组合物、本公开的多核苷酸、或者本公开的载体,其中所述靶序列被所述复合物修改。
在又一个方面,本公开提供了本公开的IscB多肽、本公开的IscB系统或组合物、本公开的多核苷酸、或者本公开的载体在制备用于修改靶DNA中的靶序列的试剂中的用途。
在又一个方面,本公开提供了本公开的IscB多肽、本公开的IscB系统或组合物、本公开的多核苷酸、或者本公开的载体用于修改靶DNA中的靶序列。
本公开中提及的序列如下:
SEQ ID NO: 1,IscB.m4氨基酸序列,500 aa
MAVVYVLNKEGKPLMPTKRCGHVRILLKEGKAVVVERLPFTIQLKYDTPDITQDLYFGIDPGRTNIGLAVIDSKGDPVFAAKVITRNKEIPKFMKSRKCYRQKHRKCGRRDRRRRRARKAGTTKAPVFYRKLPGYEKPIEVHDIKNKEAKFNHRIRPKGWLTPTANQLLETHINAVKLVSKFLPITDVVMELNQFSFMQLDNPFIKPWEYQKGLLHGYRGDVHRYVSEQQDNHCIFCKKKIDHYHHLIPRHEGGSDTAINLVGLCSSHHDLVHTDTRWKEKLSSKKSGLNKKYGALSVLNQIMPRLEHELETLYTGHVFAVSGRDTKCFREDNNISKDHQYDAYCIASVVVGNKGNIGSIKTHVIRQFRRHDRQSCHKENLKRKYFLNGKLVATNRHRAYEQNEIALDEYLAEIGYREGVGKAFRILRSLIVKEHKPIMKDMSRSLPGSLFRDGKKVYVLQRYHGKRNGKVNYFIDTNGNHHLANKCMIIQNNVGLRFVM
SEQ ID NO: 2,IscB.m4编码序列,1500 bp
ATGGCCGTGGTTTACGTGCTGAACAAGGAAGGCAAGCCCCTGATGCCAACCAAACGGTGCGGCCACGTGAGAATCCTGCTGAAAGAGGGCAAAGCTGTGGTGGTGGAAAGACTGCCTTTCACCATCCAACTGAAGTACGACACCCCTGACATCACACAGGACCTGTATTTCGGCATCGATCCTGGCCGGACCAACATCGGCCTTGCTGTGATCGACAGCAAGGGAGATCCCGTGTTCGCTGCTAAGGTGATCACCAGAAACAAAGAGATCCCTAAGTTCATGAAGAGCAGAAAGTGCTACCGGCAGAAGCACAGAAAGTGCGGCAGAAGAGATAGAAGAAGAAGAAGGGCTAGAAAGGCCGGCACAACCAAGGCCCCTGTGTTCTACAGAAAGCTGCCAGGATATGAGAAGCCTATCGAGGTGCATGACATCAAGAACAAAGAGGCCAAGTTCAACCACAGAATCCGGCCCAAGGGATGGCTGACCCCTACAGCCAATCAGCTGCTCGAGACACACATCAACGCCGTGAAGCTGGTGTCCAAGTTCCTGCCCATTACCGACGTGGTGATGGAACTGAATCAATTTTCTTTTATGCAGCTGGACAATCCTTTCATCAAGCCTTGGGAGTACCAGAAAGGCCTGCTGCACGGCTACAGAGGCGACGTGCACAGATACGTGTCCGAGCAACAGGACAACCACTGCATCTTCTGCAAGAAAAAGATCGACCACTACCACCACCTGATCCCCAGACATGAAGGCGGCTCTGATACCGCCATCAACCTGGTTGGCCTTTGTAGCAGCCACCACGATCTGGTGCACACAGACACCAGATGGAAGGAAAAGCTGTCCAGCAAAAAGAGCGGCCTGAATAAGAAGTACGGCGCCCTGTCTGTGCTGAACCAGATCATGCCTCGCCTGGAACACGAGCTGGAAACCCTGTACACAGGCCACGTGTTTGCCGTGTCTGGAAGAGATACCAAGTGTTTTCGGGAAGATAACAATATTAGCAAGGACCACCAGTACGACGCCTACTGTATCGCCAGCGTGGTCGTCGGAAACAAGGGCAACATCGGAAGCATCAAGACCCACGTGATCAGACAGTTCCGGAGACACGACAGACAGAGCTGCCACAAAGAAAACCTGAAGAGAAAATACTTCCTGAACGGCAAGCTGGTCGCCACAAACCGGCACCGGGCCTACGAGCAGAATGAGATCGCCCTGGACGAGTACCTGGCCGAGATTGGATATAGGGAGGGCGTGGGCAAGGCCTTCAGAATCCTGCGCAGCCTGATCGTGAAGGAGCACAAGCCCATCATGAAAGACATGAGCCGGAGCCTGCCAGGCAGCCTGTTCAGAGACGGCAAGAAGGTGTACGTGCTGCAGAGATACCATGGCAAGCGGAACGGCAAAGTCAACTACTTCATCGACACCAACGGCAATCACCACCTGGCCAACAAGTGCATGATCATCCAGAACAACGTGGGCCTGAGATTCGTGATG
SEQ ID NO: 3,支架序列,228 nt
GGCTAAGTGAAAAGTTGGGTTGAAAACAATCCAAGCTATCCTTAGCACAGGCGAGACATTTTGAAAAGTTATGCATCTTAGTGCATAAGGAAATGGACACCCACAGGTGATTGCCCAGCTTGTGGTACGTCAAGGAATGCCAAGCCAGGGGCGACATTTACCATTTCGATTATGAAGGTAAAATTATCCTTTGTAGAAGAAATGAGTCTTATCGAAAGGAGTGCGTGA
SEQ ID NO: 4,指导序列,14 nt
CAGTAGGAGCATAC
SEQ ID NO: 5,指导RNA,242 nt
CAGTAGGAGCATACGGCTAAGTGAAAAGTTGGGTTGAAAACAATCCAAGCTATCCTTAGCACAGGCGAGACATTTTGAAAAGTTATGCATCTTAGTGCATAAGGAAATGGACACCCACAGGTGATTGCCCAGCTTGTGGTACGTCAAGGAATGCCAAGCCAGGGGCGACATTTACCATTTCGATTATGAAGGTAAAATTATCCTTTGTAGAAGAAATGAGTCTTATCGAAAGGAGTGCGTGA
SEQ ID NO: 6,指导RNA的编码序列,242 nt
CAGTAGGAGCATACGGCTAAGTGAAAAGTTGGGTTGAAAACAATCCAAGCTATCCTTAGCACAGGCGAGACATTTTGAAAAGTTATGCATCTTAGTGCATAAGGAAATGGACACCCACAGGTGATTGCCCAGCTTGTGGTACGTCAAGGAATGCCAAGCCAGGGGCGACATTTACCATTTCGATTATGAAGGTAAAATTATCCTTTGTAGAAGAAATGAGTCTTATCGAAAGGAGTGCGTGA
SEQ ID NO: 7,靶序列,14 nt
CAGTAGGAGCATAC
应理解,本公开的任何标题或小标题都仅仅是出于说明而非限制目的使用,在任何标题或小标题下的任何章节中的任何实施方式都可以与同一章节或不同章节中的任何其他实施方式进行组合而不脱离本公开的范围。
实施例1:评估代表性IscB多肽的内切核酸酶活性。
申请人新近鉴定的一种代表性IscB多肽,称为IscB.m4(SEQ ID NO: 1),被选择用于评估其内切核酸酶活性。
本实施例展示了该代表性IscB多肽的内切核酸酶活性。
设计和构建:
构建了表达质粒和目标切割质粒用于检测代表性IscB多肽IscB.m4的内切核酸酶活性。
该表达质粒包含在lacI启动子调控下的IscB.m4(SEQ ID NO: 1)的编码序列(SEQID NO: 2)和在J23119启动子调控下的指导RNA(SEQ ID NO: 5)的编码序列(SEQID NO:6),所述指导RNA由5’-3’方向上的指导序列(SEQ ID NO: 4)和支架序列(SEQ ID NO: 3)组成。
该目标切割质粒包含cat启动子调控下的氯霉素抗性基因CmR,以及旨在被指导RNA靶向的靶序列(SEQ ID NO: 7)。该氯霉素抗性基因CmR旨在使得被该目标切割质粒转化的大肠杆菌可以在含有氯霉素的培养器上生长。考虑到IscB.m4可能具有靶序列识别偏好性,受到紧邻所述靶序列的3’端的TAM(target adjacent motif,靶序列邻近基序)序列的影响,还在目标切割质粒中设置了紧邻所述靶序列的3’端的8N TAM序列,其中N代表核苷酸A、T、C或G,也即给出4^8=65536种TAM,因而构成了包含所有可能TAM的一个目标切割质粒文库。
当表达质粒与目标切割质粒文库被共同转化到大肠杆菌中时(每个大肠杆菌细胞可能被转化了表达质粒和一种或多种目标切割质粒),表达质粒表达IscB.m4和指导RNA,两者形成复合物,指导RNA(且因此复合物)靶向目标切割质粒包含的靶序列。如果IscB.m4具有内切核酸酶活性且能够识别靶序列的3’端的TAM,则其会对靶序列进行切割,导致目标切割质粒降解而不能表达氯霉素抗性基因CmR,进而导致大肠杆菌无法在含有氯霉素的培养器上生长。
具体地,根据生产商说明书,将100 ng的表达质粒和100 ng的目标切割质粒文库通过电穿孔来转化到30 μL的感受态大肠杆菌(TransforMaxEC100 Electrocompetent E.coli)中(实验组),同时准备空白对照(对照组)。转化后将大肠杆菌在37°C下振摇培养1小时,然后铺在覆盖有含氯霉素的常规细菌培养基的培养板上,在37°C下生长12-16小时。然后从板上将大肠杆菌刮下来,用培养基重悬,混合均匀,用于提质粒(MN)。将300 ng的提取质粒用于对含TAM区域进行PCR扩增,并添加Illumina接头和条形码,进行高通量测序,以确认切割情况。
结果:
测序结果总结如图1所示。图上的每个点代表65536种TAM之一。图1中的实线表示实验组大肠杆菌中的每个TAM的丰度与对照组大肠杆菌中的相应TAM的丰度相同(比率为1:1)的情况(例如,前者为10-4,后者也为10-4),实线左侧和右侧的虚线分别表示统计学上的+3σ或-3σ。
在对某个TAM没有识别和相应切割的情况下,实验组大肠杆菌中的每个TAM的丰度应当与未经处理的对照组大肠杆菌中的相应TAM的丰度基本上相同,则代表该TAM的点会基本上落在实线上。
如果代表某个TAM的点落在右侧虚线的右下方(即,<-3σ),则表示对于该点所代表的TAM及其相邻靶序列,IscB.m4识别并导致了具有统计学显著性差异的切割,导致目标切割质粒降解,不表达抗性基因,进而导致实验组大肠杆菌死亡,使得最后收集的实验组大肠杆菌中的TAM的丰度(例如10-5)低于未经处理的对照组中的相应TAM的丰度(例如10-4),因此落在实线右下方,当不仅是落在实线右下方而且是落在实线右侧的虚线的右下方时,则表明该等TAM丰度差异超过了统计学上的3σ,具有统计学显著性。
图1示出有大量点落在右侧虚线的右下方,证明对于相应的大量TAM,IscB.m4均识别并表现出内切核酸酶活性,可用于切割3’端为该等TAM的DNA靶序列。
Claims (5)
1.一种IscB多肽,其氨基酸序列如SEQ ID NO: 1所示。
2.一种多核苷酸,其包含编码权利要求1所述的IscB多肽的多核苷酸。
3.权利要求2所述的多核苷酸,其如SEQ ID NO: 2所示。
4.一种载体,其包含权利要求2或3所述的多核苷酸。
5.权利要求1所述的IscB多肽、权利要求2或3所述的多核苷酸、或者权利要求4所述的载体在用于制备用于修改靶DNA中的靶序列的试剂中的用途。
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