JP2020103295A - Methods and compositions related to sequences that guide cas9-targeting - Google Patents

Methods and compositions related to sequences that guide cas9-targeting Download PDF

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Barrangou Rodolphe
ラドルフィ バランゴー
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M Selle Kurt
カート エム. セラ
アレクサンドラ イー. ブリナー
E Briner Alexandra
アレクサンドラ イー. ブリナー
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Abstract

To provide methods and compositions for DNA targeting and genome editing of proteins.SOLUTION: The invention provides a chimeric nucleic acid construct comprising: (a) a synthetic trans-encoded CRISPR(tracr) nucleic acid construct; and (b) a synthetic CRISPR nucleic acid construct. Also provided is a non-medical method for the site specific cleavage of a double stranded target DNA comprising contacting the chimeric nucleic acid construct with a target DNA in the presence of a Cas9 nuclease to cause hybridization of the spacer sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct to a portion of the target DNA flanking a protospacer adjacent motif (PAM) on the target DNA, thereby causing site specific cleavage of the target DNA in a region defined by complementary hybridization of the spacer sequence to the target DNA.SELECTED DRAWING: None

Description

[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 of U.S. Provisional Application No. 61/931,515, filed January 24, 2014, under 35 USC 119(e), the entire contents of which are hereby incorporated by reference. , Incorporated herein by reference.
[Field of the Invention]
The present invention relates to a synthetic CRISPR-cas system and its use for genomic 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 related sequences (cas), make up the CRISPR-Cas system and provide adaptive immunity in many bacteria. CRISPR-mediated immunization occurs through the incorporation of DNA from invasive genetic elements such as plasmids and phage 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, flanked by cas genes, and through sequence-specific targeting and interference, adaptive immunity to invasive genetic elements such as phage and plasmids. Provided (Barrangou et al. 2007. Science. 315: 1709-1712; Brouns et al. 2008. Science 321: 960-4; Horvath and Barrangou. 2010. Science. 327: 167-70. Marraffin. 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 have been acquired as novel "spacers" (Barrangou et al. 2007. Science. 315:1709-1712), each paired with a CRISPR repeat and a novel repeat at the CRISPR locus. It is inserted as a spacer unit. Subsequently, the repeat-spacer array is transcribed as long pre-CRISPR RNA (pre-crRNA) (Browns et al. 2008. Science 321:960-4), which drives the small interfering CRISPR RNA (sequence-specific recognition). crRNA). Specifically, crRNA guides the nuclease towards complementary targets for sequence-specific nucleic acid cleavage mediated by Cas endonuclease (Garnau 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. 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 almost half of the bacteria (about 46%) and the majority of archaea (about 90%). They are based on cas gene content, organization and diversity in the biochemical processes that drive crRNA biosynthesis, and the Cas protein complex that mediates target recognition and cleavage, the three major CRISPR-Cas. 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, a specialized Cas endonuclease processes pre-crRNA, which then assembles into a large multi-Cas protein complex capable of recognizing and cleaving nucleic acid complementary to crRNA. A different process relates to the Type II CRISPR-Cas system. Here, pre-CRNA is processed by a mechanism in which trans-activated 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 cleaves both strands looking for a target dsDNA sequence ("protospacer" sequence) complementary to the spacer sequence in the complex. Recognition and cleavage of the target by the complex in the type II system not only requires a complementary sequence between the spacer sequence on the crRNA-tracrRNA complex and the target "protospacer" sequence, but also that of the protospacer sequence. It also requires a protospacer flanking motif (PAM) sequence located at the 3'end. The exact PAM sequence 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 the synthetic Type II CRISPR-Cas system and improve the efficiency and specificity of genomic 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 is, 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-zipper sequence comprising a nucleotide sequence of NNANN. -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 TCAAACAAAAGCTTCAGC nucleotides A synthetic transcoding CRISPR (tracr) nucleic acid (eg, tracrRNA, tracrDNA) construct comprising a nexus sequence comprising a sequence; and a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin, said hairpin comprising at least 3 Containing matching base pairs,
Here, 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 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 is an optional zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides in the 3'to 5'direction (which hybridizes to the anti-zipper of tracrRNA, if present), at least 2 nucleotides (e.g., (- NN- nucleotide sequence of)) bulge sequence comprising, anti TracrRNA - stitching sequence comprising a nucleotide sequence hybridizing NNTNN (or NNUNN) the stitch, G R1 containing nucleotide G or GTT, And a synthetic CRISPR nucleic acid (eg, a spacer sequence having a 5′ end and a 3′ end, the 3′ end of which includes at least 7 nucleotides having 100% identity to the target DNA). CrRNA, providing CrDNA) construct, zipper sequences, if present, situated immediately upstream of the bulge sequence, bulge sequence located immediately upstream of the stitch sequence, stitch sequence immediately upstream of the G R1 And GR1 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 a nucleotide sequence encoding two or more CRISPR nucleic acid constructs of the invention, wherein the two or more CRISPR nucleic acid constructs are separated from each other on said nucleotide sequence. Located immediately adjacent, the zipper sequences of the two or more CRISPR nucleic acid constructs are the same if present, the stitch sequences of the two or more CRISPR nucleic acid constructs are the same, and the spacers of the two or more CRISPR nucleic acid constructs are the same. The sequences are 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 Hybridizing to the anti-zipper sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct at least about 70% complementary and hybridizing, wherein the stitch sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is 100% complementary to and hybridizing to 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 is to contact 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 hybridizing the spacer sequence to the target DNA. Provided is a method for site-specific cleavage of double-stranded target DNA comprising the step of causing site-specific cleavage of 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 for the site-specific cleavage of double-stranded target DNA comprising contacting the transcoded CRISPR(tracr) nucleic acid molecule and the CRISPR nucleic acid molecule with the target DNA in the presence of Cas9 nuclease. Provide a way to
Wherein (a) a tracr nucleic acid molecule is 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 of NNANN. Anti-stitch sequences including sequences; TNANC, 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), GATAAGGGCCATGCC, TAAGGCCATTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAAACAAAGCTTCAGC; and a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least two hairpins. Each hairpin comprises at least 3 matching base pairs, the anti-zipper sequence is located immediately upstream of the bulge sequence, and the bulge sequence is immediately upstream of the anti-stitch sequence. Located, 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 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 (eg (-NN-) nucleotide sequence), a NNTNN (or NNUNN) nucleotide sequence. stitching sequence, G R1 comprises a nucleotide G or GTT, and 5 a spacer sequence having 'and 3' ends, at least seven nucleotides with the target DNA and 100% identity to the 3 'end comprising comprising a spacer sequence is encoded by the nucleotide sequence, zipper sequence is located immediately upstream of the bulge sequence, bulge sequence located immediately upstream of the stitch sequence, stitching sequence is located immediately upstream of the G R1 , And GR1 are located immediately upstream of the spacer sequence, and
Furthermore, where the anti-zipper sequence and the zipper sequence are present, they 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 comprises at least one of the target DNAs. Parts (eg, at least about 7 consecutive nucleotides of the target DNA (eg, about 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, etc., And any range or variation therein (adjacent to the protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA) is at least about 80% complementary and thereby hybridizes, whereby the CRISPR nucleic acid molecule to the target DNA Within the region defined by the complementary binding of the spacer sequence, site-specific cleavage of the target DNA occurs, thus, in an exemplary embodiment, the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule is one of the target DNA sequences flanking the PAM. Hybridized to a region, the target sequence can comprise, consist essentially of, or consist of from 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 the step of contacting double stranded target DNA with a chimeric nucleic acid comprising:
(A) 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 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/T), GATAAGGCCATCGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAGAGTCTCAGC nexus sequence comprising a nucleotide sequence; and a first nucleotide sequence comprising a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin ( The hairpin contains at least 3 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) at least 2 in the 3'to 5'direction, an optional zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides (which, if present, hybridizes to the anti-zipper sequence of the first nucleotide sequence). bulge sequence comprising (nucleotide sequence e.g. (-Nn)) a nucleotide sequence having a nucleotide, stitching sequence comprising the nucleotide sequence of NNTNN (or NNUNN), G R1 comprises a nucleotide G or GTT, and the 5 'end and A second nucleotide sequence comprising a spacer sequence having a 3′ end, the spacer sequence comprising at least 7 nucleotides having 100% complementarity with the target DNA at the 3′ end (the zipper sequence is present) If, located immediately upstream of the bulge sequence, bulge sequence located immediately upstream of the stitch sequence, stitching sequence is located immediately upstream of the G R1, and, G R1 is immediately upstream of a spacer sequence Located); and
(C) a third nucleotide sequence encoding an amino acid sequence having at least 80% identity to the amino acid sequence encoding Cas9 nuclease,
Here, if the anti-zipper sequence and the zipper sequence are present, they hybridize to each other, the anti-stitch sequence hybridizes to the stitch sequence, and the spacer sequence of the second nucleotide sequence is at least the target DNA. Hybridize to a portion (eg, at least about 7 contiguous nucleotides of said target DNA, preferably up to about 20 contiguous nucleotides) (adjacent to the protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA), This causes a site-specific cleavage of the target DNA 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。 The eighth aspect of the present invention includes a method of site-specific targeting of a polypeptide of interest to double-stranded (ds) target DNA, wherein the chimeric nucleic acid construct of the present disclosure or an expression cassette containing the chimeric nucleic acid construct is targeted. The step of contacting with the DNA, whereby the polypeptide of interest fused to Cas9, is targeted 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 comprises a method of site-specific targeting of a polypeptide of interest to double stranded (ds) target DNA,
Contacting the transcoded CRISPR(tracr) nucleic acid molecule and the CRISPR nucleic acid molecule with a target DNA in the presence of Cas9 nuclease, wherein:
(A) a 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 arrangement; 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 TCAAACAAAAGCTTCAGC nexus sequence; and a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin, Encoded, the hairpin comprises at least 3 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. Located, 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 is an optional zipper sequence comprising in the 3'to 5'direction at least about 3 nucleotides that hybridizes to an anti-zipper sequence, a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides (eg, (-Nn) nucleotide sequence) bulges sequence comprising the stitch sequence comprising the nucleotide sequence of NNTNN, a spacer sequence having a G R1, and 5 'and 3' ends containing nucleotide G or GTT, Part 3 The zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence, if present, and comprises a spacer sequence comprising at least 7 nucleotides having at least 7 nucleotides with 100% identity to the target DNA at the end. sequence is located immediately upstream of the stitch sequence, stitching sequence is located immediately upstream of the G R1 and G R1 is located immediately upstream of a spacer sequence, and,
Further herein, the Cas9 nuclease comprises a mutation within the HNH active site motif, a mutation within the RuvC active site motif, fused to the 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 the protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA, and thereby to the target DNA. Site-specific targeting of the polypeptide of interest to the target DNA occurs within a region defined by the hybridization of the spacer sequence 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 that include 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.

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。3 shows a multiple sequence alignment for the Nexus module. ネクサスモジュールに関する最大尤度ツリーを示す。3 shows a maximum likelihood tree for a Nexus module. 図3A〜図3Dは、ネクサスモジュールに関するコンセンサス配列を示す。図3Aは、Sth Cr1グループに関するコンセンサス配列を示し、図3Bは、Sth Cr3グループに関するコンセンサス配列を示し、図3Cは、Lrhグループに関するコンセンサス配列を示し、図3Dは、Lbuグループに関するコンセンサス配列を示す。3A to 3D show consensus arrangements for Nexus modules. 3A shows the consensus sequence for the Sth Cr1 group, FIG. 3B shows the consensus sequence for the Sth Cr3 group, FIG. 3C shows the consensus sequence for the Lrh group, and FIG. 3D shows the consensus sequence for the Lbu group. Cas9ヌクレアーゼに関する最大尤度ツリーを示す。The maximum likelihood tree for Cas9 nuclease is shown. 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す。6 shows a multiple sequence alignment for an anti-stitch module. 図6A〜図6Dは、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。図6Aは、Sth Cr1グループに関するコンセンサス配列を示し、図6Bは、Sth Cr3グループに関するコンセンサス配列を示し、図6Cは、Lrhグループに関するコンセンサス配列を示し、図6Dは、Lbuグループに関するコンセンサス配列を示す。6A-6D show a consensus arrangement for an anti-stitch module. 6A shows the consensus sequence for the Sth Cr1 group, FIG. 6B shows the consensus sequence for the Sth Cr3 group, FIG. 6C shows the consensus sequence for the Lrh group, and FIG. 6D shows the consensus sequence for the Lbu group. バルジモジュールに関する多重配列アライメントを示す。3 shows a multiple sequence alignment for the bulge module. 図8A〜図8Dは、バルジモジュールに関するコンセンサス配列を示す。図8Aは、Sth Cr1グループに関するコンセンサス配列を示し、図8Bは、Sth Cr3グループに関するコンセンサス配列を示し、図8Cは、Lrhグループに関するコンセンサス配列を示し、図8Dは、Lbuグループに関するコンセンサス配列を示す。8A-8D show the consensus arrangement for the bulge module. 8A shows a consensus sequence for the Sth Cr1 group, FIG. 8B shows a consensus sequence for the Sth Cr3 group, FIG. 8C shows a consensus sequence for the Lrh group, and FIG. 8D shows a consensus sequence for 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を示す。3 shows a multiple sequence alignment for zipper modules. ジッパーモジュールに関する最大尤度ツリーを示す。6 shows a maximum likelihood tree for a zipper module. 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。3 shows multiple sequence alignments for bulge, anti-stitch and nexus modules. Streptococcus thermophilus CR3のCRISPR−Casシステム因子の配列および構造の詳細を示し、Sth CR1グループを表す。The sequence and structure details of the CRISPR-Cas system factor of Streptococcus thermophilus CR3 are shown and represent the Sth CR1 group. Lactobacillus buchneriのCRISPR−Casシステム因子の配列および構造の詳細を示し、Lbuグループを表す。Figure 3 shows the sequence and structure details of the CRISPR-Cas system factor of Lactobacillus buchneri and represents the Lbu group. Streptococcus thermophilusCR1のCRISPR−Casシステム因子の配列および構造の詳細を示し、Sth CR1グループを表す。The sequence and structure details of the CRISPR-Cas system factor of Streptococcus thermophilus CR1 are shown and represent the Sth CR1 group. Streptococcus pyrogenes M1 GASのCRISPR−Casシステム因子の配列および構造の詳細を示し、Sth CR3グループを表す。The sequence and structure details of the CRISPR-Cas system factor of Streptococcus pyrogenes M1 GAS are shown and represent the Sth CR3 group. Lactobacillus rhamnosusのCRISPR−Casシステム因子の配列および構造の詳細を示し、Lrhグループを表す。The sequence and structure details of the CRISPR-Cas system factor of Lactobacillus rhamnosus are shown and represent the Lrh group. Lactobacillus animalisのCRISPR−Casシステム因子の配列および構造の詳細を示し、Lanグループを表す。Figure 3 shows the sequence and structural details of the CRISPR-Cas system factor of Lactobacillus animalis and represents the Lan group. Lactobacillus caseiのCRISPR−Casシステム因子の配列および構造の詳細を示し、Lcaグループを表す。Figure 2 shows the sequence and structure details of the CRISPR-Cas system factor of Lactobacillus casei and represents the Lca group. Lactobacillus gasseriのCRISPR−Casシステム因子の配列および構造の詳細を示し、Lgaグループを表す。Figure 3 shows the sequence and structural details of the CRISPR-Cas system factor of Lactobacillus gasseri and represents the Lga group. Lactobacillus jenseniiのCRISPR−Casシステム因子の配列および構造の詳細を示し、Ljeグループを表す。Figure 3 shows the sequence and structural details of the CRISPR-Cas system factor of Lactobacillus jensenii and represents the Lje group. Lactobacillus pentosusのCRISPR−Casシステム因子の配列および構造の詳細を示し、Lpeグループを表す。Figure 5 shows the sequence and structural details of the CRISPR-Cas system factor of Lactobacillus pentosus and represents the Lpe group. Streptococcus pyrogenes M1 GASのCRISPR−Casシステム因子の配列および構造の詳細を示す。1 shows the details of the sequence and structure of the CRISPR-Cas system factor of Streptococcus pyrogenes M1 GAS. tracrRNA(左)、CRISPRリピート(中央)およびCas9(右)配列クラスタリングの間のコングルエンスを示す。配列に基づく3つの系統樹にわたり、3つのファミリーへの一貫したグルーピングが見られる。Congrence between tracrRNA (left), CRISPR repeats (middle) and Cas9 (right) sequence clustering is shown. A consistent grouping into three families is found across the three sequence-based phylogenetic trees. 図24A〜図24Bは、Cas9:sgRNAファミリーを示す。図24Aは、様々なStreptococcusおよびLactobacillus種由来のCas9タンパク質配列に基づく系統樹を示す。配列は、青、橙および緑で3つのファミリーにクラスタリングした。図24Bは、各ファミリーに関する予測のガイドRNAのコンセンサス配列および二次構造を示す。各コンセンサスRNAは、tracrRNAと塩基対合したcrRNA(左)からなる。完全に保存された塩基はカラーで、可変の塩基は黒で(可能性のある塩基は2個)、または黒い点で表され(可能性のある塩基は少なくとも3個)、および、常に存在するわけでない塩基位置は丸で囲われている。位置の間の丸は、一部のファミリーメンバーのみに存在する塩基対合を示す。24A-24B show the Cas9:sgRNA family. Figure 24A shows a phylogenetic tree based on the Cas9 protein sequence from various Streptococcus and Lactobacillus species. The sequences were clustered in 3 families, blue, orange and green. FIG. 24B shows the consensus sequence and secondary structure of the predicted guide RNAs for each family. Each consensus RNA consists of crRNA (left) base-paired with tracrRNA. Fully conserved bases are colored, variable bases are black (2 potential bases) or black dots (at least 3 potential bases) and are always present The base positions that do not mean are circled. Circles between positions indicate base pairing that is present only in some family members. CRISPRリピート配列アライメントを示す。各クラスターに関し、Sth3(上)、Sth1(中央)およびLb(下)ファミリーの各ファミリーの下に指定される保存されたコンセンサスのヌクレオチドとともに、CRISPRリピート配列アライメントが示される。3 shows a CRISPR repeat sequence alignment. For each cluster, a CRISPR repeat sequence alignment is shown, with conserved consensus nucleotides designated under each of the Sth3 (top), Sth1 (middle) and Lb (bottom) families. tracrRNA配列アライメントを示す。各クラスターに関し、Sth3(上)、Sth1(中央)およびLb(下)ファミリーの各ファミリーの下に指定される保存されたコンセンサスのヌクレオチドとともに、実験的決定またはコンピューター的予測のtracrRNA配列アライメントが示される。3 shows a tracrRNA sequence alignment. For each cluster, an experimentally determined or computationally predicted tracrRNA sequence alignment is shown, along with conserved consensus nucleotides designated under each of the Sth3 (top), Sth1 (middle) and Lb (bottom) families. .. sgRNAネクサス配列アライメントを示す。普遍的に保存された残基は赤で色が付けられている。図24Bに要約されるネクサスステムを構成する相補ヌクレオチドに下線が引かれている。ネクサスループを構成するヌクレオチドは、ギャップの中央にある。3 shows an sgRNA nexus sequence alignment. Universally conserved residues are colored in red. The complementary nucleotides that make up the Nexus Stem, summarized in Figure 24B, are underlined. The nucleotides that make up the nexus loop are in the center of the gap. 図28A〜図28Bは、自己ターゲッティングアッセイスキームを示す。pCas9プラスミドを介して直交性Cas9タンパク質が提供され(図28A)、図3に記載のとおりに用いた。psgRNAプラスミドを介して様々なsgRNAキメラが提供され(図28B)、図3に記載の所望のCas9それぞれと組み合わせて用いた。28A-28B show a self-targeting assay scheme. Orthogonal Cas9 protein was provided via the pCas9 plasmid (Figure 28A) and used as described in Figure 3. Various sgRNA chimeras were provided via the psgRNA plasmid (Figure 28B) and used in combination with each of the desired Cas9 described in Figure 3. 図29A〜図29Cは、sgRNA直交性を示す。図29Aは、Streptococcus thermophilus CRISPR3−Cas9(上、青)およびS.thermophilus CRISPR1−Cas9(下、橙)のsgRNA配列を示す。図29Bは、プロトスペーサー−ターゲッティングスキームを示す。各sgRNAに関する予想PAMが示される。三角は各Cas9の推定切断部位を示す。図29Cは、E.coliでのCas9:キメラ−sgRNA直交性。キメラsgRNA。SthCRISPR3 Cas9(青)および/またはSthCRISPR1 Cas9(橙)を発現しているE.coliにおいて、各sgRNA(左)を形質転換アッセイ(右)に供した。低い形質転換効率は、E.coliゲノムの致死自己ターゲッティングを介した機能性Cas9:sgRNA対を示す。値は、3つの非依存的実験のS.E.M.および幾何平均を反映する。29A-29C show sgRNA orthogonality. Figure 29A shows Streptococcus thermophilus CRISPR3-Cas9 (top, blue) and S. The sgRNA sequence of thermophilus CRISPR1-Cas9 (lower, orange) is shown. FIG. 29B shows a protospacer-targeting scheme. The expected PAM for each sgRNA is shown. Triangles indicate putative cleavage sites of each Cas9. FIG. 29C shows that E. Cas9 in E. coli: chimera-sgRNA orthogonality. Chimeric sgRNA. E. coli expressing Sth CRISPR3 Cas9 (blue) and/or Sth CRISPR1 Cas9 (orange). Each sgRNA (left) was subjected to a transformation assay (right) in E. coli. Low transformation efficiency is due to E. 2 shows a functional Cas9:sgRNA pair via lethal self-targeting of the E. coli genome. Values are the S.E. of three independent experiments. E. M. And reflect the geometric mean. Lactobacillus gasseriでの、最初の、野生型CRISPRスペーサー配列と一致するプロトスペーサー配列を含むプラスミドを形質転換することの不能性としての、相補DNAに対するCRISPR干渉を示す。PAM(薄い灰色のイタリック体のヌクレオチド)およびその変異体(単一ヌクレオチド多型(SNPs);黒の下線ヌクレオチド)が隣接する太字の配列は、プロトスペーサーである。少ない形質転換体の数は、相補標的DNAの形質転換を妨げる活性のLga CRISPRシステムを表す。Figure 7 shows CRISPR interference on complementary DNA as an inability to transform a plasmid containing a proto-spacer sequence in Lactobacillus gasseri that matches the first wild-type CRISPR spacer sequence. The bold sequence flanked by PAM (light gray italicized nucleotides) and its variants (single nucleotide polymorphisms (SNPs); black underlined nucleotides) is the protospacer. A low number of transformants represents an active Lga CRISPR system that prevents transformation of complementary target DNA. Lactobacillus caseiでの、最初の野生型CRISPRスペーサー配列と一致するプロトスペーサー配列を含むプラスミドを形質転換することの不能性としての、相補DNAに対するCRISPR干渉を示す。PAM(薄い灰色のイタリック体のヌクレオチド)およびその変異体(SNPs、黒の下線ヌクレオチド)が隣接する太字の配列は、プロトスペーサーである。少ない形質転換体の数は、相補標的DNAの形質転換を妨げる活性のLca CRISPRシステムを表す。3 shows CRISPR interference with complementary DNA in Lactobacillus casei as an inability to transform a plasmid containing a protospacer sequence that matches the original wild-type CRISPR spacer sequence. The bold sequence flanked by PAM (light gray italicized nucleotides) and its variants (SNPs, black underlined nucleotides) is the protospacer. A low number of transformants represents an active Lca CRISPR system that prevents transformation of complementary target DNA. Lactobacillus rhamnosusでの、最初の野生型CRISPRスペーサー配列と一致するプロトスペーサー配列を含むプラスミドを形質転換することの不能性としての、相補DNAに対するCRISPR干渉を示す。PAM(薄い灰色のイタリック体のヌクレオチド)およびその変異体(SNPs、黒の下線ヌクレオチド)が隣接する太字の配列は、プロトスペーサーである。少ない形質転換体の数は、相補標的DNAの形質転換を妨げる活性のLra CRISPRシステムを表す。Figure 7 shows CRISPR interference on complementary DNA as an inability to transform a plasmid containing a protospacer sequence in Lactobacillus rhamnosus that matches the original wild type CRISPR spacer sequence. The bold sequence flanked by PAM (light gray italicized nucleotides) and its variants (SNPs, black underlined nucleotides) is the protospacer. A low number of transformants represents an active Lra CRISPR system that prevents transformation of complementary target DNA.

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. This description is not intended to be a detailed listing of all different ways in which the invention may be practiced or all features that may be added to the invention. For example, features described with respect to one embodiment can be incorporated into another embodiment, and features described with respect to a particular embodiment can be eliminated from that embodiment. Accordingly, the invention anticipates that, in some embodiments of the invention, any feature or combination of features shown herein may be excluded or omitted. In addition, numerous modifications and additions to the various embodiments suggested herein will be apparent to those skilled in the art in light of the present disclosure and do not depart from the invention. Therefore, the following description is intended to describe some specific embodiments of the present invention, but not 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 defined otherwise, 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 in the description of the invention herein 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 references mentioned herein are incorporated by reference in their entirety for the teachings associated with the sentence and/or paragraph in which the reference 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 contemplated that the various features of the invention described herein can be used in any combination, unless context dictates otherwise. Furthermore, the present invention also anticipates that, in some embodiments of the present invention, any feature or combination of features shown herein may be excluded or omitted. For purposes of explanation, if the specification states that the composition comprises components A, B, and C, either A, B, or C, or combinations thereof, may be omitted and disclaimed, alone or in any combination. It is expressly intended that this can be done.

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 in 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。 Also, as used herein, "and/or" means any and all possible combinations of one or more of the associated listed items, and, when construed selectively ("or"), It refers to and includes the 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 dose or duration, is ±20%, ±10%, ±5%, ±1%, ±0.5% of the stated amount. , Or indeed ±0.1% variation.

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, terms such as “between X and Y” and “between about X and Y” should be construed to include X and Y. is there. As used herein, phrases such as "between about X and about Y" mean "between about X and about Y" and "from about X to about X". A phrase such as "from about X to Y" means "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 contained 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-identity) with the corresponding bulge sequence in the synthetic CRISPR nucleic acid construct/CRISPR nucleic acid array. , About 3 nucleotides to about 6 nucleotides (eg, about 3, 4, 5, 6 nucleotides; eg, about 3 to about 6 nucleotides, about 3 to about 5 nucleotides, about 3 to Approximately 4 nucleotides). The bulge sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct/CRISPR nucleic acid array is located between the zipper and the stitch sequence and between the zipper and the stitch sequence and has at least two nucleotides (eg, a nucleotide sequence of (-NN-)) ( For example, about 2, 3, 4, 5, 6 nucleotides; for example, about 2 to about 6 nucleotides, about 2 to about 5 nucleotides, about 2 to about 4 nucleotides; about 3 to about 6 Nucleotides, such as about 3 to about 5 nucleotides), consists essentially of, or consists of. The nucleotide composition of the bulge sequences may be any series of at least 2 (synthetic CRISPR nucleic acid construct/CRISPR nucleic acid array) or 3 as long as they are not complementary (eg, 100% non-identity) and thereby hybridize to each other. It may be one or more nucleotides (synthetic tracr nucleic acid construct). Synthetic tracr nucleic acid constructs and synthetic CRISPR nucleic acid constructs/When anti-zippers and zipper sequences and anti-stitch and stitch sequences align and hybridize as a result of non-complementarity of the bulge sequences on the array (in chimeric nucleic acid constructs ), an overhang or bulge is formed on the side of the synthetic tracr nucleic acid construct 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 function 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 stated features, integers, steps, operations, factors, and/or components. Although specified, it 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 in this specification, the provisional term "consisting essentially of" means that the scope of the claim is either a particular substance or step recited in the claim and the basic and novel invention(s) recited in the claim. Is meant to include those that do not materially affect the characteristic(s) of. Thus, the term "consisting essentially of" as used in the claims of the present invention is not intended to be interpreted as being 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, for example, WO 2013/176772; WO/2013/188638). The domains for catalyzing the cleavage of dsDNA are the RuvC domain and the HNH domain. The RuvC domain has a role to put a nick in the (−) chain, and the HNH domain has a role to put a nick in the (+) chain (for example, 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 have been 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。 As used herein, “complementarity” can mean 100% complementarity or identity with a comparator nucleotide sequence, or less than 100% complementarity (eg, 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 terms "complementarity" or "complementarity" as used herein refer to the natural binding 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," in which only some of the nucleotides are joined, or can be complete if 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, "contacting," "contacting," "contacted," and their grammatical changes refer to the desired reaction (eg, site-specific to the polypeptide of interest). Refers to co-locating the components of the desired reaction under suitable conditions to effect targeting, integration, transformation, site-specific cleavage (nick, 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; MR. Green and J. Sambrook (2012) Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 4th Ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, 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 has a reduced length with respect to a reference nucleic acid or nucleotide sequence (eg, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 or more nucleotides (shortened by nucleotides) and is identical to the reference nucleic acid or nucleotide sequence. Or almost the same (eg, 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) It comprises, consists essentially of, and/or consists of a nucleotide sequence of contiguous nucleotides. Such nucleic acid fragments or parts according to the invention may, where appropriate, be comprised in larger polynucleotides of which they are a constituent. Thus, for example, hybridizing to (or hybridizing to, and other grammatical changes thereof) to at least a portion of the target DNA is identical to the length of contiguous nucleotides of the target DNA. Alternatively, it 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。 "G R1" as used herein includes the repeat portion of the synthetic CRISPER nucleic acid construct or CrRNA, a single nucleotide (G) or short 3 nucleotide sequence (GTT). G R1 is anti synthetic tracr nucleic acid construct or tracrRNA of the present disclosure - not repeat hybridize. However, the non-standard Watson-Crick base pairing scheme, G R1 may form a U and wobble base pairs at the end of the anti--CRISPR repeat portion of 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。 As used herein, the term “gene” refers to a nucleic acid molecule that can be used to produce mRNA, antisense RNA, miRNA, anti-microRNA antisense oligodeoxyribonucleotides (AMO) and the like. A gene may or may not be used to produce a functional protein or gene product. A gene may include both coding and non-coding regions (eg, introns, regulators, 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 of its naturally occurring components that normally associate with it. Such components include other cellular materials, recombinantly produced culture media, 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 As used herein, a "hairpin sequence" is a nucleotide sequence that contains a hairpin. A hairpin (eg, stem-loop, feed-back) refers to a nucleic acid molecule having a secondary structure that includes a region of nucleotides that form a duplex that is flanked on either side by a single-stranded region. Such structures are well known in the art. As is known in the art, double-stranded regions may contain some mismatches within base pairing or may be perfectly complementary. In some embodiments of the 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 hairpins may be involved in Cas9 binding to the crRNA-tracrRNA complex (eg, synthetic CRISPR nucleic acid construct-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 associated with the host cell into which it is introduced and includes non-naturally occurring multiple copies of a 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 with homology are referred to herein as "homologues." The term homologue 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. Thus, the compositions and methods of the invention further include homologues to the nucleotide and polypeptide sequences of the invention. As used herein, “orthologous” refers to homologous nucleotide and/or amino acid sequences in different species that arise from a common ancestral gene during speciation. A homologue of a nucleotide sequence of the invention has substantial sequence identity with the nucleotide sequence of the invention (eg, at least 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%, and/or 100%). Thus, for example, a homologue of a Cas9 polypeptide useful in the invention may be about 70% homologous to or higher than 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, hybridize, and their grammatical alterations are two perfectly complementary nucleotide sequences or some mismatched bases. Refers to the binding of substantially complementary sequences in which a pair may be present. Hybridization conditions are well known in the art and will vary based on the length of the nucleotide sequences and the degree of complementarity between the nucleotide sequences. In some embodiments, the conditions of hybridization may be high stringency, or they may be of moderate or low stringency, depending on the length of the hybridized sequences and the amount of complementarity. May be Conditions that constitute low, medium and high stringency for purposes of hybridization between nucleotide sequences are well known in the art (eg, Gasiunas et al. (2012) Proc. Natl. Acad. Sci. 109). : E2579-E2586; MR Green and J. Sambrook (2012) Molecular Cloning: A Laboratory Manual 4th Ed., Cold Spring Harbor Laboratory, N. Harbour).

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”, “increasing”, “increased”, “enhanced”, “enhanced”, “enhancing”. "And "enhancement" (and their grammatical changes) are at least about 25%, 50%, 75%, 100%, 150%, 200%, 300%, 400%, 500 compared to controls. Represents a% or more increase.

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 terms “invasive exogenous genetic factor”, “invasive exogenous nucleic acid” or “invasive exogenous DNA” refer to DNA that is exogenous to a bacterium (eg, but is not limited to viruses, bacteriophages, and/or plasmids. Genetic factors derived from pathogens including).

「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。 “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, a "wild type mRNA" is an mRNA that is naturally occurring or endogenous in the organism. A "homologous" nucleic acid sequence is a nucleotide sequence 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 a nucleotide sequence located immediately downstream of an "anti-stitch sequence" within a synthetic tracr nucleic acid construct. The nexus is about 6-10 nucleotides in length and contains the highly conserved sequence: TNANNC. In some embodiments, 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)) nucleotide sequence. Without being bound to any particular theory, based on sequence conservation, it is believed that the 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。 Also, as used herein, the terms "nucleic acid," "nucleic acid molecule," "nucleic acid construct," "nucleotide sequence," and "polynucleotide" refer to linear or branched single-stranded or double-stranded RNA or Refers to DNA or hybrids thereof. The term also includes RNA/DNA hybrids. When dsRNA is produced synthetically, unusual bases such as inosine, 5-methylcytosine, 6-methyladenine, hypoxanthine and others may also be used for antisense, dsRNA, and ribozyme pairing. it can. For example, polynucleotides containing C-5 propyne analogs of cytidine and uridine have been shown to bind RNA with high affinity and be potent antisense inhibitors of gene expression. Other modifications can also be made, for example to the phosphodiester backbone or 2'-hydroxy within the ribose sugar group of RNA. The nucleic acid construct of the present disclosure may be DNA or RNA, but is preferably DNA. Therefore, the nucleic acid construct of the present invention can be described and used in the form of DNA, but may be described and used in the form of RNA depending on the purpose of use.

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。 A "synthetic" nucleic acid or nucleotide sequence, as used herein, refers to a nucleic acid or nucleotide sequence that is not found in nature, but that is constructed by the hand of man (and is consequently not a natural product).

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 sequence of these nucleotides from the heteropolymer of nucleotides or the 5'to 3'ends of a nucleic acid molecule, including DNA or RNA molecules, cDNA, DNA fragments or portions, It includes genomic DNA, synthetic (eg, chemically synthesized) DNA, plasmid DNA, mRNA, and antisense RNA, either 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 and also refer to a heteropolymer of nucleotides. Unless otherwise indicated, nucleic acid molecules and/or nucleotide sequences provided herein are set forth herein left to right in the 5'to 3'direction and refer to the US sequence rules. (The Code of Federal Regulations, Volume 37, Sections 1.821 to 1.825) and the World Intellectual Property Organization (WIPO) Standard ST. It is represented using a standard code for characterizing the nucleotides shown in 25. As used herein, "5' region" may mean the region of the polynucleotide closest to the 5'end. Thus, for example, the factor within the 5'region of the polynucleotide may be located anywhere from the first nucleotide located at the 5'end of the polynucleotide to the nucleotide located in the middle of the polynucleotide. As used herein, a "3' region" can mean the region of a polynucleotide that is closest to the 3'end. Thus, for example, the factor within the 3'region of the polynucleotide may be located anywhere from the first nucleotide located at the 3'end of the polynucleotide to the nucleotide located in the middle of 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” is compared to a test (“subject”) polynucleotide molecule (or its complementary strand) when the two sequences are optimally aligned. Refers to the percentage of identical nucleotides within the linear polynucleotide sequence of a reference (“query”) polynucleotide molecule (or its complement). 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 a target double-stranded DNA, specifically a portion of target DNA that is completely or substantially complementary (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 "reduce." "Decrease" (and their grammatical changes) is, for example, at least about 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 35%, 50%, 75%, compared to a control. It shows a reduction of 80%, 85%, 90%, 95%, 97%, 98%, 99%, or 100%. In certain embodiments, the reduction may or may not essentially result in a detectable activity or amount (ie, a trivial amount, eg, less than about 10% or even less than 5%). Thus, in some embodiments, the Cas9 nuclease mutation causes the nuclease activity of Cas9 to be at least about 5%, 10%, 15%, 20%, 25% compared to a control (eg, 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 sequence” refers to the repeat sequence of a wild-type CRISPR locus or synthetic CRISPR nucleic acid construct separated by, for example, a “spacer sequence”. A repeat sequence is complementary (eg, 100% base pair match) or substantially complementary to the corresponding anti-repeat sequence, eg, at least 70% complementary (eg, 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。 The "repeat sequence" of the synthetic CRISPR nucleic acid constructs of the present disclosure includes the optional "zipper sequences", "bulge sequences", "stitch sequences", and "spacer sequences". In some embodiments, the synthetic CRISPR nucleic acid construct may comprise a G R1 (in other embodiments included in the 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 the repeat sequence located 3'or immediately upstream (in the 3'to 5'direction) of the bulge sequence within the synthetic CRISPR nucleic acid construct, and at least About 3 nucleotides (eg 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 sequence may be referred to as the "upper stem." A "zipper sequence" shares sufficient complementarity with the corresponding and optionally "anti-zipper sequence" located on the synthetic tracr nucleic acid construct, and thus, if present, the zipper sequence and the anti-zipper sequence. When they come into contact, they can hybridize to each other, thereby joining the two nucleic acid constructs together. In some embodiments, the zipper/anti-zipper sequence can be referred to as the "upper stem". A zipper sequence is completely complementary (eg, 100% base pair match) or substantially complementary to the corresponding anti-zipper sequence, eg, at least 70% complementary (eg, 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). Accordingly, the anti-zipper sequences of the synthetic tracr nucleic acid constructs of the present invention are at least about 3 nucleotides (complementary or substantially complementary to a corresponding zipper sequence in a synthetic CRISPR nucleic acid construct or synthetic CRISPR nucleic acid array ( 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), consisting, or consisting essentially of. The anti-zipper sequence is the RNase III binding site and thus includes nucleotide sequences well known in the art to be involved in RNase III binding (eg, 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 degree to which two optimally aligned polynucleotide or peptide sequences are invariant over the window of alignment of the constituents (eg, nucleotides or amino acids). "Identity" includes, but is not limited to: Computational Molecular Biology (Lesk, AM, ed.) Oxford University Press, New York (1988); Biocomputing: Informatics and J. Gen. ) Academic Press, New York (1993); Computer Analysis of Sequence Data, Part I (Griffin, A. M., and Griffin, H. G., eds.) Humana Press Jr. Biology (von Heinje, G., ed.) Academic Press (1987); and Sequence Analysis Primer (Gribskov, M. and Devereux, J., 19th, Stockton Yw. It can be easily calculated by the 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 complementary to a target DNA (eg, "protospacer sequence"). The spacer sequence may be fully or substantially complementary to the target DNA (eg, at least 70% complementary (eg, 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 an exemplary 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, thus the overall complementarity of the spacer sequence to the target DNA is It 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 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 may 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 complementary (eg, at least about 70% complementary). In another embodiment, the first 7-10 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 are substantially complementary to the target DNA. (Eg, at least about 70% complementary). In an exemplary embodiment, the first 7 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 ( 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, a "stitch sequence" refers to a nucleotide sequence comprising, consisting essentially of, or consisting of a nucleotide of about 5 lengths and having the consensus nucleotide sequence of NNTNN. "Stitch sequence" is a synthetic CRISPR nucleic acid construct Butsujo, located downstream of (in the 5 'to 3' direction) immediately upstream of the "bulge sequence" and "G R1". The "stitch sequence" tends to have a high AT content and hybridizes to the "anti-stitch sequence" located within the synthetic tracr nucleic acid construct. In some particular embodiments, the stitch arrangement is NNTNN, TTTGT, TTTTA, (T/C)(T/C)T(T/C)(T/G) (in the 5'to 3'direction). , TTTTA, comprising the nucleotide sequence of TTTCA, consisting essentially of or consisting of.

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 perfectly complements and hybridizes with a stitch sequence (eg, NNANN, ACAAA, TAAAA, (T/C)(A/G)T(A/G ) (A/G), TAAAA, TGAAA). The anti-stitch sequence is located on the synthetic tracr nucleic acid construct immediately downstream (in the 5'to 3'direction) of the bulge sequence and immediately upstream of the "nexus sequence". 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 is involved in the reconstructed base pairing after the "bulge sequence". It is thought that. In some implementations, 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 molecule, nucleotide or protein sequences, when compared and aligned for maximal match, refers to the following sequence comparison: At least about 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81% by measurement or visual inspection using one of the algorithms , 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98 Refers to two or more sequences or subsequences having %, 99%, and/or 100% nucleotide or amino acid residue identity. In some embodiments of the invention, substantial identity exists over regions of the sequence that are at least about 50 residues and about 150 residues in length. Thus, in some embodiments of the present invention, substantial identity is at least about 3 to about 15 (eg, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 13, 14, 15 residues in length, 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 is present over a region of sequence of about 140, about 150, or more residues in length, and any range therein. In an exemplary embodiment, the sequences can be substantially identical over at least about 22 nucleotides. In some particular embodiments, the sequences are substantially identical over at least about 150 residues. In some embodiments, the sequences of the present invention can be about 70% to about 100% identical over at least about 16 nucleotides to about 25 nucleotides. In some embodiments, the sequences of the present invention can be about 75% to about 100% identical over at least about 16 nucleotides to about 25 nucleotides. In a further embodiment, the sequences of the present invention can be about 80% to about 100% identical over at least about 16 nucleotides to about 25 nucleotides. In a further embodiment, the sequences of the present invention can be about 80% to about 100% identical over at least about 7 nucleotides to about 25 nucleotides. In some embodiments, the sequences of the present invention can be about 70% identical over at least about 18 nucleotides. In another embodiment, the sequences can be about 85% identical over about 22 nucleotides. In yet another embodiment, the sequences may be 100% homologous over about 16 nucleotides. In a further embodiment, the sequences are substantially identical over the length of the coding region. Furthermore, in an exemplary embodiment, substantially identical nucleotide or protein sequences perform substantially identical 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 comparison, typically one sequence acts 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 identities for the test sequence(s) relative to the reference sequence, based on the designated 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 of skill in the art, with tools such as Smith and Waterman local homology algorithms, Needleman and Wunsch homology alignment algorithms, Pearson and Lipman similarity search methods, and Optionally, it may be done by computer implementation of algorithms such as GAP, BESTFIT, FASTA, and TFASTA, which are available as part of GCG® Wisconsin Package® (Accelrys Inc., San Diego, CA). .. The “fraction of identity” of an aligned segment of a test sequence and a reference sequence is defined as the number of identical components shared by two aligned sequences by the reference sequence segment (ie, the entire reference sequence or a lesser of the reference sequence). It is the number divided by the total number of components in the specified part. Percent sequence identity is expressed as the fraction of identity times 100. Comparisons of one or more polynucleotide sequences can be made to the full length polynucleotide sequence or a portion thereof, or to longer polynucleotide sequences. 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 match or meet some positive threshold score T when aligned with words of the same length in the database array. According to the first step of identifying a high score sequence pair (HSP). T is called the adjacent word score threshold (Altschul et al., 1990). These first adjacent word hits act as seeds for initiating searches to find longer HSPs containing them. The word hits then extend in both directions along each sequence as long as the cumulative alignment score can be increased. Cumulative scores are calculated for nucleotide sequences using the parameters M (beneficial score for a pair of matching residues; always >0) and N (penalty score for mismatching residues; always <0). For amino acid sequences, a scoring matrix is used to calculate the cumulative score. The extension of word hits in each direction is stopped when the cumulative alignment score drops by an amount X below its maximum achieved value, accumulation of one or more negative score residue alignments, or the end of either sequence. The cumulative score becomes 0 or less due to the arrival at. The BLAST algorithm parameters W, T, and X determine the sensitivity and speed of the alignment. The BLASTN program (nucleotide sequences) uses word length (W) 11, expected value (E) 10, cutoff 100, M=5, N=-4, and a comparison of both strands by default. For amino acid sequences, the BLASTP program uses word length (W) 3, expectation (E) 10, and BLOSUM62 score matrix as defaults (Henikoff & Henikoff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89:10915 (1989). See).

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 statistical analysis of similarities between two sequences (see, eg, Karlin & Altschul, Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 90:5873 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 will occur by chance. For example, a test nucleic acid sequence is considered to be similar to a reference sequence if the minimum sum probability in comparing 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 comparing 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 if the two sequences hybridize to each other under stringent conditions. In some exemplary embodiments, two nucleotide sequences that are considered to be substantially complementary hybridize to each other under conditions of high stringency.

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(T)よりも約5℃低くなるように選択される。 In the context of nucleic acid hybridization experiments such as Southern and Northern hybridizations, "stringent hybridization conditions" and "stringent hybridization wash conditions" are sequence dependent and are different under different environmental parameters. Extensive guide to the hybridization of nucleic acids, 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) Seen in. Generally, high stringency hybridization and wash conditions are selected to be about 5° C. below the melting point (T m ) for a specific sequence at a defined ionic strength and pH.

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T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. Very stringent conditions are selected to be equal to the Tm for the specific probe. An example of stringent hybridization conditions for hybridization of complementary nucleotide sequences with more than 100 complementary residues in filters on Southern or Northern blots is 50% formamide (42°C) containing 1 mg heparin, Hybridization is performed overnight. An example of highly stringent wash conditions is 0.15M NaCl, 72°C, about 15 minutes. An example of stringent wash conditions is 0.2 x SSC wash, 65°C, 15 minutes (see Sambrook (below) for a description of SSC buffer). High stringency washes are often preceded by low stringency washes to remove background probe signal. An example of a moderate stringency wash, for example for a duplex of more than 100 nucleotides, is 1×SSC, 45° C., 15 minutes. An example of a low stringency wash, eg, for a duplex of more than 100 nucleotides is 4-6×SSC, 40° C., 15 minutes. For short probes (eg, about 10-50 nucleotides), stringent conditions are typically at a salt concentration of Na ion less than about 1.0 M, typically about 0.01-1.0 M. Including Na ion concentration (or other salt) (pH 7.0-8.3), the temperature is typically at least about 30°C. Stringent conditions can also be achieved with the addition of destabilizing agents such as formamide. In general, a signal-to-noise ratio that is twice (or higher) than that seen for an unrelated probe in a particular hybridization assay indicates 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 a copy of a nucleotide sequence is made with the maximum codon degeneracy permitted 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 NaPO、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 NaPO、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 NaPO、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 NaPO、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 NaPO、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 a homologous nucleotide sequence that is substantially identical to a reference nucleotide sequence of the invention. In one embodiment, the reference nucleotide sequence is 2×SSC in 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5M NaPO 4 , 1 mM EDTA (50° C.), washed with 0.1% SDS (50° C.), Hybridizes with the "test" nucleotide sequence. In another embodiment, the reference nucleotide sequence is washed with 1×SSC, 0.1% SDS (50° C.) in 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA (50° C.). , Or a "test" nucleotide sequence in 0.5% SSC, 0.1% SDS wash (50°C) in 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5M NaPO 4 , 1 mM EDTA (50°C). Hybridize with. In yet a further embodiment, the reference nucleotide sequence is 0.1% SSC, 0.1% SDS in 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA (50° C.) (50 C.) or with 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA (50° C.), 0.1×SSC, 0.1% SDS wash (65° C.), “test”. 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 present invention can be codon optimized for expression in any species of interest. Codon optimization is well known in the art and involves modification of the nucleotide sequence for codon usage bias with species-specific codon usage. Codon usage is made 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 made 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 will be appreciated in the art, codon optimization of a nucleotide sequence is less than 100% identical to the native nucleotide sequence (eg, 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 encode a polypeptide having the same function as encoded by the original native nucleotide sequence. Gives a nucleotide sequence. Thus, in an exemplary embodiment of the invention, the nucleotide sequences of the invention and/or recombinant nucleic acid molecules 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 "isolated." An "isolated" nucleic acid molecule, "isolated" nucleotide sequence or "isolated" polypeptide is a nucleic acid molecule, a nucleotide sequence, that exists by its own hand apart from its natural environment and is therefore not a natural product. Or it is a polypeptide. An isolated nucleic acid molecule, nucleotide sequence or polypeptide is related to at least a portion of other components of a naturally occurring organism or virus, such as a structural component of a cell or virus or other polypeptide or polynucleotide. It may exist in a purified form, at least partially cleaved from the nucleic acids commonly found in. In an exemplary embodiment, the isolated nucleic acid molecule, isolated nucleotide sequence and/or isolated polypeptide is 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 in a non-natural environment (eg, a recombinant host cell). Thus, for example, with respect to nucleotide sequences, the term "isolated" means that it is separated from the naturally occurring chromosome and/or cell. Also, a polynucleotide is separated from the chromosome and/or cell in which it naturally occurs, and then from the genetic context, chromosomes and/or cells in which it does not naturally occur (eg, different host cells, different regulatory sequences, and/or Or a position 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 are separated by the hand of man from the natural environment and thus are not naturally occurring products. In some embodiments, it can be introduced and present in 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 of the embodiments described herein, the nucleotide sequences of the invention and/or recombinant nucleic acid molecules are operably associated with various promoters and other regulatory elements for expression in various biological cells. You can Thus, in an exemplary embodiment, the recombinant nucleic acids of the invention can further include one or more promoters operably linked to 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 linked" as used herein is meant that the indicated factors are functionally related to each other, and generally also physically related. Thus, the term “operably linked” or “operably related” as used herein refers 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 the situation where 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 the transcription or expression of the nucleotide sequence. Those skilled in the art will appreciate that the control sequence (eg, promoter) need not be contiguous with the nucleotide sequence to which it is operably associated, so long as the control sequence functions to direct its expression. Thus, for example, an intervening, non-translated, yet transcribed sequence may be present between the promoter and the nucleotide sequence, and the promoter may 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 controls the transcription of a nucleotide sequence operably associated with the promoter. The coding sequence may encode a polypeptide and/or a functional RNA. A "promoter" typically refers to the nucleotide sequence containing the binding site for RNA polymerase II and controls the initiation of transcription. Generally, the promoter is found upstream of the 5'or the start of the coding region for the corresponding coding sequence. The promoter region may include other factors that act as regulators of gene expression. These contain the TATA box consensus sequence and often the CAAT box consensus sequence (Breathnach and Chamber, (1981) Annu. Rev. Biochem. 50:349). In plants, the CAAT box can be replaced with an AGGA box (Messing et al., (1983) in Genetic Engineering of Plants, T. Kosuge, C. Meredith and A. Hollaender (eds.), Plenum Press, 211-press. 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。 A promoter is, for example, constitutive, inducible, temporally controlled, developmentally controlled, for use in the preparation of a recombinant nucleic acid molecule (ie, “chimeric gene” or “chimeric polynucleotide”). It may comprise a chemically controlled, tissue-suitable and/or tissue-specific promoter. 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 depend on the temporal and spatial requirements for expression, and also on the transformed host cell. Promoters for many different organisms are well known in the art. Appropriate promoters can be selected for a particular host organism of interest, based on the widespread knowledge existing in the art. Thus, for example, much is known about promoters upstream of highly constitutively expressed genes in model organisms, and such knowledge may be readily available and implemented in other systems, as needed. it 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, the nucleic acid construct of the invention may be or be contained within an "expression cassette." As used herein, an "expression cassette" encodes a nucleotide sequence of interest (eg, a nucleic acid construct of the invention (eg, a synthetic tracr nucleic acid construct, a synthetic CRISPR nucleic acid construct, a synthetic CRISPR array, a chimeric nucleic acid construct; a polypeptide of interest). A recombinant nucleic acid molecule comprising a nucleotide sequence, a nucleotide sequence encoding a cas9 nuclease)), wherein said nucleotide sequence is operatively associated with at least a control sequence (eg a promoter). Thus, 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。 The expression cassette containing the nucleotide sequence of interest may be chimeric, meaning that at least one of its constituents is heterologous to at least one of its other constituents. The expression cassette may also be of recombinant origin, which is of natural origin but 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 transcriptional and/or translational termination region (ie, a termination region) that is functional in the host cell of choice. A variety of transcription terminators are available for use in expression cassettes, involved in termination of transcription beyond the heterologous nucleotide sequence of interest, and correcting mRNA polyadenylation. The termination region can be native to the transcription initiation region, native to the operably linked nucleotide sequence of interest, native to the host cell, or another. It may be derived from origin (ie, for the promoter, for the nucleotide sequence of interest, exogenous or heterologous 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 a nucleotide sequence for a selectable marker that can be used to select for transformed host cells. As used herein, a "selectable marker", when expressed, confers a distinct phenotype on the host cell expressing the marker, and, therefore, those that do not have that marker from such traits. By a nucleotide sequence that allows transformed cells to be distinguished. Whether such a nucleotide sequence confers a trait that allows the marker to be selected by chemical means, such as by using a selection agent (eg, an antibiotic, etc.), or whether the marker simply provides, for example, screening (eg, Fluorescence) can encode either a selectable or screenable marker, depending on whether it is a trait that can be identified through observation or testing. 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 the context of vectors. The term "vector" refers to a composition for transferring, delivering or introducing nucleic acid(s) (or nucleic acid(s)) into cells. Vectors include nucleic acid molecules that include 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, double-stranded or single-stranded linear or circular forms of viral vectors, plasmid vectors, phage vectors, phagemid vectors, cosmid vectors, fosmids. It may or may not be capable of self-infection or mobilization, including vectors, bacteriophage, artificial chromosomes, or Agrobacterium binary vectors. Vectors as defined herein can transform prokaryotic or eukaryotic hosts by integration into the cell genome or can be extrachromosomal (eg, self-replicating plasmids with origins of replication). ). A DNA vehicle capable of replication in two different host organisms, naturally or by design, which may be selected from actinomycetes and related species, bacteria and eukaryotes (eg, higher plant, mammalian, yeast or fungal cells). Further included is a shuttle vector, which means In some exemplary embodiments, the nucleic acid in the vector is under the control of a suitable promoter or other regulatory element for transcription in the host cell and is operably linked. The vector may be a bifunctional expression vector that functions in multiple hosts. In the case of genomic DNA, this may include its own promoter or other regulatory element, and in the case of cDNA, it may be under the control of a suitable promoter or other regulatory element for expression in the host cell. Can be Thus, the nucleic acid molecules and/or expression cassettes of the present invention can be contained within a vector 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," "introduce," "introduced" (and grammatical changes thereof) in the context of a polynucleotide of interest refers to the nucleotide sequence of interest as a host organism or It is meant to be presented to the cells of the organism (eg, host cells) in such a way that the nucleotide sequence is accessible to the interior of 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 polynucleotides or nucleic acid constructs, identical or It can be located on different expression constructs or transformation vectors. Thus, these polynucleotides may be introduced into the cell in a single cell transformation event, in a separate transformation/transfection event, or, for example, they may be taken up by an organism by conventional breeding protocols. .. Thus, in some aspects of the invention, one or more nucleic acid constructs of the invention (eg, synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, synthetic CRISPR arrays, chimeric nucleic acid constructs; nucleotide sequences encoding a polypeptide of interest). , Cas9 nuclease-encoding nucleotide sequences) can be introduced into a host organism or cells 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, host cells or host organisms are stably transformed with the nucleic acid molecules of the invention. In another embodiment, the host cell or host organism is transiently transformed with the 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 polynucleotides means that the polynucleotide is introduced into a cell and does not integrate 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。 “Stablely introducing” or “stablely introduced” in the context of a polynucleotide introduced into a cell means that the introduced polynucleotide is stable within the genome of the cell. It is intended to be taken up and thus the cells 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 the nucleic acid molecule has been introduced intracellularly and integrated within the genome of the cell. Thus, an integrated nucleic acid molecule can be inherited by its progeny, and more specifically, by the progeny of multiple subsequent generations. As used herein, "genome" also includes the nuclear and plastid genomes, and thus includes, for example, the integration of nucleic acids into the chloroplast or mitochondrial genome. Stable transformation as used herein may 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 is an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) or Western blot capable of detecting the presence of a peptide or polypeptide encoded by one or more transgenes introduced into an organism. And the like. Stable transformation of cells involves the use of nucleic acid sequences that specifically hybridize to the nucleotide sequences of the transgene introduced into an organism (eg, plant, mammal, insect, archaea, bacterium, etc.) It can be detected by the Southern blot hybridization assay, etc. Stable transformation of cells should be detected, for example, by Northern blot hybridization assay of RNA of cells using a nucleic acid sequence that specifically hybridizes with the nucleotide sequence of a transgene introduced into a plant or other organism. You can Stable transformation of cells is also well known in the art, for example, using the polymerase chain reaction (PCR) with specific primer sequences that hybridize to the target sequence(s) of the transgene. It can also be detected 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 may be transiently expressed and/or they may 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。 The recombinant nucleic acid molecule/polynucleotide of the present invention can be introduced into cells by any method known to those skilled in the art. In some embodiments of the invention, transforming the cells comprises nuclear transformation. In other embodiments, transforming the cells comprises plastid transformation (eg, chloroplast transformation). In yet a further embodiment, the recombinant nucleic acid molecule/polynucleotide of the invention can be introduced into cells via conventional breeding 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)。 In both eukaryotes and prokaryotes, transformation procedures are well known and routine in the art and are described throughout the literature (eg, Jiang et al. 2013. Nat. Biotechnol. 31:233-. 239; Rane et al. 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, the nucleotide sequence can be introduced into the host organism or its cells in any number of ways well known in the art. The method of the invention does not depend on a particular method in order for one or more nucleotide sequences to be introduced into an organism, as long as they approach the interior of at least one cell of the organism. If more than one nucleotide sequence is introduced, they can assemble 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. it can. Thus, the nucleotide sequence can be introduced into the cell of interest in a single transformation event or in a separate transformation event, or, where relevant, the nucleotide sequence can be part of a breeding protocol. Can be incorporated 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 having increased efficiency and increased specificity for site-specific nicking, cleavage and/or modification of target DNA, and for site-specific targeting of a polypeptide of interest to the target DNA. And on the method.

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)。 The nucleic acid constructs and nucleotide sequences of the invention can be represented in alternative ways without affecting the overall structure or function of the construct or sequence. Thus, for example, in some cases, synthetic CRISPR nucleic (crRNA) may include a wobble base G R1 sequence (G / U) and stitch sequences, or, CrRNA comprises (G / U) wobble base Stitch arrays can be included and thus do not further represent the GR1 array. In some cases GR1 is unpaired (ie G/A is mismatched with Lje, FIG. 20). Further 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 there is provided a synthetic transcoding CRISPR (tracr) nucleic acid (eg, tracrRNA, tracrDNA) construct, 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 the 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) AA (A/C) (C/A) (A/G) (A/U)), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCCATTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAAGCTTCAGC nexus sequence; and at least one hairpin Comprising, consisting essentially of, or consisting of a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence, said hairpin comprising at least 3 matching base pairs, wherein the anti-zipper sequence is immediately upstream of the bulge sequence. Located, 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 of NNANN, ACAAA, TAAAA, (T/C)(A/G)T(A/G)(A/G), TAAAA, TGAAA. Consists essentially of, or consists 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 TCAAACAAAAGCTTCAGC nucleotides A synthetic transcoding CRISPR comprising, consisting essentially of or consisting of a nexus sequence comprising, consisting essentially of or consisting of a 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 3 matching base pairs, wherein 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 immediately upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is 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 another embodiment, the bulge sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct comprises, consists essentially of, or consists of 5 nucleotides. In another embodiment, the hairpin sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct comprises, consists essentially of, or consists of at least 2 hairpins, each hairpin comprising at least 3 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 at least about 3 nucleotides in the 3'to 5'direction, a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides. A bulge sequence comprising, consisting essentially of, or consisting of (e.g., a nucleotide sequence of (-NN-)), comprising a nucleotide sequence of NNTNN (or NNUNNN), consisting essentially of, or consisting of, comprising a nucleotide G or GTT, consisting essentially of, or consisting of G R1, and 5 a spacer sequence having 'and 3' ends, the target DNA and 100% identity to the 3 'end A synthetic CRISPR nucleic acid (eg, crRNA, crDNA) construct 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. , if present, situated immediately upstream of the bulge sequence, bulge sequence located immediately upstream of the stitch sequence, stitching sequence is located immediately upstream of the G R1, and, G R1 is a 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, an optional zipper sequence comprising in the 3'to 5'direction a nucleotide sequence having at least 3 nucleotides that hybridize to the anti-zipper, a bulge comprising a nucleotide sequence of at least about 2 nucleotides. A sequence, a stitch sequence comprising the nucleotide sequence of NNUNN (and a spacer sequence having 5'and 3'ends, comprising at least 7 nucleotides at its 3'end with 100% identity to the target DNA) Synthetic CRISPR nucleic acid (eg, crRNA, crDNA) constructs comprising, consisting essentially of, or consisting of a spacer sequence are provided, wherein the zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence, Is located immediately upstream of the stitch array and the stitch array 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, wherein the synthetic CRISPR nucleic acid array comprises 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 adjacent to each other on the nucleotide sequence, the stitch sequences of the two or more CRISPR nucleic acid constructs are the same, the spacer sequences of the two or more CRISPR nucleic acid constructs are the same or non-identical, and if present , The zipper sequences of the two or more CRISPR nucleic acid constructs are the same.

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 another aspect, 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 present invention, wherein the zipper sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is of the synthetic tracr nucleic acid construct. An anti-zipper sequence and at least about 70% (eg, 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.) complementary and hybridizing, the stitch sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is 100% identical to the anti-stitch sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct, hybridizing, 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 another embodiment is provided a chimeric nucleic acid construct comprising, consisting essentially of, or consisting of a synthetic tracr nucleic acid construct and a synthetic CRISPR nucleic acid construct of the invention, wherein the NNUNNN of the stitch sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is , The synthetic tracr nucleic acid construct is 100% complementary to and hybridizes with the NNANN of the anti-stitch sequence, and the (G) of the stitch sequence forms a wobble base pair with the U of the anti-stitch sequence to form a 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 the zipper sequence and the anti-zipper sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct, if present, are anti-compounds of the synthetic tracr nucleic acid construct. Hybridizes to the zipper sequence.

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 a nucleotide joining the hybridized zipper and anti-zipper sequences at the end of the hybridized sequence (distal to the bulge sequence). it can. In a further embodiment, in the absence of the zipper and the anti-zipper, the chimeric nucleic acid construct can optionally further comprise nucleotides linking the bulge sequence of the synthetic trac nucleic acid sequence to the bulge sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid. The linking nucleotides can be any nucleotide (eg, T, A, G, C) and the number of nucleotides linking the zipper and anti-zipper or bulge sequences can be from about 3 to about 7. possible.

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, the 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 (eg, about 70%) 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.), or , A Cas9 nuclease-encoding amino acid sequence having at least 70% identity to the amino acid sequence. 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 include an HNH motif and a RuvC motif (see, for example, WO2013/176772; WO/2013/188638). In some embodiments, the HNH or RuvC motifs may contain mutations that reduce or eliminate their activity as compared to the wild-type Cas9 nuclease. In some embodiments, only one motif is mutated (eg, either the HNH motif or the RuvC motif). In another embodiment, both motifs are mutated so that both activities are reduced or eliminated. Any type of mutation, including missense mutations, nonsense mutations, frameshift mutations, etc. can be used to reduce or eliminate the activity of the HNH and/or RuvC motifs in Cas9 nuclease.

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。 The present disclosure identifies various CRISPR-Cas system and Cas9 nuclease groupings. These are grouped into the Streptococcus thermophilus CRISPR 1 (Sth CR1) group of Cas9 nuclease, the Streptococcus thermophilus CRISPR 3 (Sth laclus glublus glublus and lactobacillus glusula glub) of Cas9 nuclease. (Lrh) group is included. Non-limiting examples of Sth CR1 group Cas9 nucleases include the Cas9 nuclease encoded by the polypeptide sequences of SEQ ID NOs: 1-9 and 51. Non-limiting examples of Sth CR3 group Cas9 nuclease include the Cas9 nuclease encoded by the polypeptide sequences of SEQ ID NOs: 10-23. Non-limiting examples of Lb group Cas9 nucleases include 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 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 present invention include, but are not limited to, Cas9 from Lactobacillus animalis KCTC 3501, and Lactobacillus farsiminis 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 Cas9 from the Streptococcus thermophilus CRISPR 1 (Sth CR1) group of Cas9 nucleases, the Cas9 nuclease of Streptococcus thermophilus CRISPRb3 (Sth CR3) Cas9 nuclease, and the Cas9 nuclease is from the Streptococcus thermophilus CRISPRb3 (Sth CR3) 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. Also, in a further embodiment, 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 is one of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 53. It comprises, consists essentially of, or consists of a nucleotide sequence that encodes an amino acid sequence that has at least 70% identity to 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。 Furthermore, 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 another embodiment, the Cas9 nuclease can 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 particular 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; and when the nexus sequence is TAAGGC or TAAGGCTAGTCC. The Cas9 nuclease is from the Streptococcus thermophilus CRISPR 3 (Sth CR3) group of Cas9 nuclease; when the nexus sequence is TCAAGC or TCAAGCAAAGC, the Cas9 nuclease is from Cas9 nuclease Lactobacillus buchnerb group (CD3). When the nexus sequence is TCAAAC or TCAAACAAAGCTTCAGC, the Cas9 nuclease is derived 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 present invention may include mutations in the HNH and/or RuvC motifs, which reduce or eliminate the activity of each motif. As is known in the art, mutations within the HNH motif reduce/eliminate site-specific nicks in the (+) strand of double-stranded target DNA, and mutations in the RucV active site affect double-stranded target DNA. Reduce/eliminate site-specific nicks on the (-) strand of DNA. Mutations in both active sites reduce/eliminate DNA cleavage (ie, reduce/eliminate site-specific cleavage of target DNA). Thus, in some 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 comprise a Cas9 nuclease having a mutation in the RuvC active site motif. In other 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 comprise a Cas9 nuclease having a mutation within the HNH active site motif. In yet a further embodiment, 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 comprise a Cas9 nuclease having 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, a Cas9 nuclease having mutations in the HNH and RuvC motifs, thereby reducing or eliminating nuclease activity, further comprises the polypeptide of interest fused to the Cas9 nuclease. Such Cas9-target polypeptide fusion proteins can be used to direct or target the target polypeptide to a particular 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. Thus, in some embodiments, the chimeric nucleic acid construct of the present disclosure or an expression cassette comprising the chimeric nucleic acid construct of the present disclosure is contacted with target DNA in the presence of a Cas9 nuclease (eg, SEQ ID NOs: 1-53), Provide a method for site-specific cleavage of double-stranded target DNA comprising causing site-specific cleavage of the 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, wherein the Cas9 nuclease comprises a mutation within the RuvC active site motif, whereby Cleaves the (+) strand of the double-stranded target, creating a site-specific nick in the (+) strand of the double-stranded target DNA. In another embodiment, the site-specific cleavage is a site-specific nick on the (-) strand of the double-stranded target DNA, wherein the Cas9 nuclease comprises a point mutation within the HNH active site motif, whereby 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: a transcoding CRISPR (tracr) nucleic acid molecule and a CRISPR nucleic acid molecule, and a Cas9 nuclease (eg, SEQ ID NO: 1). ~53) in the presence of the target DNA, wherein (a) the tracr nucleic acid molecule comprises in the 5'to 3'direction an anti-zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides; at least about 3 A bulge sequence containing N nucleotides; an anti-stitch sequence containing the nucleotide sequence of NNANN; A nexus sequence comprising the nucleotide sequence of TCAAGCAA, T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTTCAGC; and at least 1 Comprising a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence comprising, consisting essentially of or consisting of three hairpins, said hairpin comprising at least 3 matching base pairs, and the anti-zipper sequence comprising: 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 immediately upstream of the hairpin sequence. And (b) the CRISPR nucleic acid molecule has, in the 3′ to 5′ direction, a zipper sequence containing at least about 3 nucleotides, a bulge sequence containing a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides, NNTNN( or stitch sequence comprising the nucleotide sequence of NNUNN), a spacer sequence having a G R1, and 5 'and 3' ends containing nucleotide G or GTT, the target DNA and 100% identity to the 3 'end A 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 G located immediately upstream of R1, and, G R1 is located immediately upstream of a spacer sequence, and further wherein, anti tracr nucleic acid molecule - zipper sequence and anti - scan The tetch sequence is at least about 70% complementary and hybridizes with the zipper sequence and the stitch sequence of the CRISPR nucleic acid molecule, respectively, and the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule is a part of the target DNA (protospacer flanking motif on the target DNA). (Adjacent to (PAM)) is at least about 80% complementary and hybridizes, thereby site-specific cleavage of the target DNA within the region defined by complementary binding of the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule to the target DNA. Bring

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 another embodiment, there is provided a method for site-specific cleavage of double stranded target DNA comprising the step of contacting double stranded target DNA with a chimeric nucleic acid comprising: (A) 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/T), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAAGCTTCAGC nexus sequence; and a first nucleotide sequence comprising a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin (the hairpin is 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 the nexus sequence. Immediately upstream of the hairpin sequence, and the nexus sequence is located immediately upstream of the hairpin sequence); (b) in the 3'to 5'direction, a zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides, at least 2 nucleotides; bulge sequence, stitch sequence comprising the nucleotide sequence of NNTNN (or NNUNN) comprising a nucleotide sequence having, G R1 comprises a nucleotide G or GTT, and 5 a spacer sequence having 'and 3' ends, the 3 ' A second nucleotide sequence (a zipper sequence is located immediately upstream of the bulge sequence and a bulge sequence is of the stitch sequence) containing a spacer sequence at the end that contains at least 7 nucleotides with 100% identity to the target DNA. immediately located upstream, stitching sequence is located immediately upstream of the G R1, and, G R1 is located immediately upstream of a spacer sequence); and, (c) Cas9 nuclease (e.g., SEQ ID NO: 1-53 A third nucleotide sequence (wherein the anti-zipper sequence and the anti-stitch sequence of the first nucleotide sequence are combined with the second amino acid sequence having at least 80% identity to the amino acid sequence encoding The spacer sequence of the second nucleotide sequence, which hybridizes to the zipper sequence and the stitch sequence of the nucleotide sequence, is attached to a part of the target DNA (adjacent to the protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA). Hybridize, thereby resulting in site-specific cleavage of the target DNA within the region defined by 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 the transcoded CRISPR (tracr) nucleic acid molecule and the CRISPR nucleic acid molecule are labeled with a Cas9 nuclease (eg sequence Nos. 1-53) and contacting the target DNA in the presence of (a) a tracr nucleic acid molecule, wherein the anti-zipper sequence comprises in the 5'to 3'direction at least about 3 nucleotides; A bulge sequence comprising at least about 3 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/T), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCCATGTCC, TCAAGCAAAGC, or a nexus sequence comprising the nucleotide sequence of TCAAACAAAGCTTCAGC; and A hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin, the hairpin comprising at least 3 matching base pairs, the 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) a 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. (-NN-) nucleotide sequence), an NNTNN. stitch sequence comprising the nucleotide sequence, a spacer sequence having a G R1, and 5 'and 3' ends containing nucleotide G or GTT, at least seven having the target DNA and 100% identity to the 3 'end comprising a spacer sequence comprising nucleotides encoded by the nucleotide sequence, zipper sequence is located immediately upstream of the bulge sequence, bulge sequence located immediately upstream of the stitch sequence, stitch sequence immediately upstream of the G R1 located in, and, G R1 is located immediately upstream of a spacer sequence, and further wherein, Cas9 nuclease, varying in HNH active site motif Different, containing a mutation in the RuvC active site motif and fused to the polypeptide of interest, the anti-zipper sequence is approximately 70% complementary to and hybridizes to the zipper sequence, and the stitch sequence is 100% complementary to the stitch sequence. And hybridizes, and the spacer sequence is approximately 80% complementary to and hybridizes with the target DNA adjacent to the protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA, whereby the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule to the target DNA is Regions defined by complementary binding provide for site-specific targeting of the polypeptide of interest to target DNA.

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 an exemplary embodiment, as described herein, for a synthetic tracr nucleic acid construct, the bulge sequence or first nucleotide sequence of the synthetic tracr nucleic acid molecule comprises about 3, 4 or 5 nucleotides. It can consist essentially of, or consist of. In another embodiment, the bulge sequence may comprise, consist essentially of, or consist of, 5 nucleotides, and the hairpin sequence may comprise at least 2 hairpins, It can consist essentially of or consist of, wherein each hairpin comprises at least 3 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 present invention provides for site-specific cleavage of double-stranded target DNA comprising the step of contacting a transcoding CRISPR(tracr) nucleic acid molecule and a CRISPR nucleic acid molecule with the target DNA in the presence of Cas9 nuclease. Provides a method of where
(A) a 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 arrangement, TNANC, 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), GATAAGGCCATGCCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or nexus sequence containing the nucleotide sequence of TCAAACAAAAGCTTCAGC, coded by a nucleotide sequence containing a hairpin sequence having at least one hairpin The hairpin comprises at least 3 matching base pairs, and 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. Located, 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 in the 3'to 5'direction. An optional zipper sequence comprising a nucleotide sequence having at least 3 nucleotides which hybridizes to the anti-zipper, a bulge sequence comprising the nucleotide sequence of (-NN-), a stitch sequence comprising the nucleotide sequence of NNUNNN, and 5'. A zipper sequence is encoded by a nucleotide sequence comprising a spacer sequence having an end and a 3′ end, the spacer sequence comprising at its 3′ end at least 7 nucleotides having 100% identity to the target DNA, and If present, immediately upstream of the bulge array, the bulge array is immediately upstream of the stitch array, the stitch array is immediately upstream of the spacer array, and
Furthermore, where the anti-zipper and zipper sequences are present, the anti-zipper sequences hybridize to the zipper sequences, the anti-stitch sequence NNANN is complementary to and hybridizes to the stitch sequence NNUNN, and the CRISPR nucleic acid The spacer sequence of the molecule hybridizes to a portion of the target DNA (adjacent to the protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA), thereby being defined by hybridization of the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule to the target DNA. Within the region, results 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 the step of contacting double-stranded target DNA with a chimeric nucleic acid comprising:
(A) 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 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/T), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAGCATTCAGC Nexus sequence comprising a nucleotide sequence, a first nucleotide sequence comprising a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin (said hairpin Contains at least 3 matching base pairs),
Here, 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 immediately upstream of the nexus sequence. And the nexus sequence is located immediately upstream of the hairpin sequence;
(B) 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 nucleotide sequence having at least 2 nucleotides (eg (- A nucleotide sequence of NN-)), a stitch sequence containing the nucleotide sequence of NNUNNN, and a spacer sequence having a 5'end and a 3'end, wherein the 3'end has 100% identity with the target DNA. A second nucleotide sequence, comprising a spacer sequence comprising at least 7 nucleotides having, and a zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence and the bulge sequence is located immediately upstream of the stitch sequence. And the stitch sequence is located immediately upstream of the spacer sequence; and (c) encodes an amino acid sequence having at least 80% identity to the amino acid sequence encoding the Cas9 nuclease (eg, SEQ ID NOs: 1-53), A third nucleotide sequence,
Here, when a zipper sequence and an anti-zipper sequence are present, the zipper sequence hybridizes to the anti-zipper sequence, and the anti-stitch sequence NNANN is complementary to and hybridizes with the stitch sequence NNUNNN. The spacer sequence of the second nucleotide sequence hybridizes to a portion of the target DNA (adjacent to the proto-spacer flanking motif (PAM) on the target DNA), whereby the spacer sequence of the second nucleotide sequence to the target DNA It results in site-specific cleavage of the 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 the transcoded CRISPR (tracr) nucleic acid molecule and the CRISPR nucleic acid molecule are labeled with a Cas9 nuclease (eg sequence No. 1-53) and contacting the target DNA in the presence of
Wherein (a) a tracr nucleic acid molecule is 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 of NNANN. Anti-stitch sequences including sequences, TNANC, 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), GATAAGGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or nexus sequence comprising the nucleotide sequence of TCAAACAAAGCTTCAGC, comprising a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin, Encoded by a nucleotide sequence, the hairpin comprises at least 3 matching base pairs, and the anti-zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence and the bulge sequence is the anti-stitch sequence. Immediately upstream of, 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 3'to 5 An optional zipper sequence comprising a nucleotide sequence having at least 3 nucleotides that hybridize to the anti-zipper in the'direction, a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides (eg, a nucleotide sequence of (-NN-)) A bulge sequence containing NNUNN, a stitch sequence containing a nucleotide sequence of NNUNN, and a spacer sequence having 5′ and 3′ ends, the 3′ end having at least 7 nucleotides having 100% identity with the target DNA. Containing a spacer sequence, encoded by a nucleotide sequence, 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 the spacer Located immediately upstream of the sequence, and further here, the Cas9 nuclease comprises a mutation in the HNH active site motif, a mutation in the RuvC active site motif, fused to the polypeptide of interest, and a zipper sequence and an anti-zipper sequence. If present, the zipper sequence hybridizes to the anti-zipper sequence and the anti-stitch NNANN is complementary to the stitch sequence NNUNNN and is not The lysed, spacer sequence hybridizes to the target DNA adjacent to the protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA, thereby within the region defined by hybridization of the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule to the target DNA. , Provides site-specific targeting of a polypeptide of interest to 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 bulge sequences. Additional nucleotides can be further included at the end of the hybridized sequence distal to, thereby joining the hybridized zipper and anti-zipper sequences. In a further embodiment, in the absence of the zipper and the anti-zipper, the chimeric nucleic acid construct can optionally further comprise nucleotides linking the bulge sequence of the synthetic trac nucleic acid sequence to the bulge sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid. The linking nucleotides can be any nucleotide (eg, T, A, G, C) and the number of nucleotides linking the zipper and anti-zipper 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 those containing at least one nuclear localization sequence described herein, are of the invention. Can be used in the 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 comprising the nucleic acid constructs, nucleic acid arrays, nucleic acid molecules and/or nucleotide sequences of the invention, which 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 the host organism. Any cell/host organism for which the 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 is not limited, Homo sapiens, Drosophila melanogaster, Mus musculus, Rattus norvegicus, Caenorhabditis elegans, Saccharomyces pombe, Saccharomyces cerevisiae, Glycine max, Zeae maydis, Gossypium hirsutum or,, Arabidopsis thaliana met You can In a further embodiment, cells useful in the present invention include, but are not limited to, stem cells, somatic cells, germ 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 another embodiment, cells useful in the present invention include, but are not limited, Homo sapiens, Drosophila melanogaster, Mus musculus, Rattus norvegicus, Caenorhabditis elegans, Saccharomyces pombe, Saccharomyces cerevisiae, Glycine max, Zeae maydis, Gossypium hirsutum, or It contains cells 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 helicase, nuclease, methyltransferase, gyrase, demethylase, kinase, dismutase, integrase, transposase, telomerase, recombinase, acetyltransferase, deacetylase, polymerase, phosphatase, It may include a ligase, a ubixin ligase, a photolyase or a glycosylase. In another aspect of the present invention, the polypeptide of interest has depurinating activity, oxidizing activity, pyrimidine dimer forming activity, alkylating activity, DNA repair activity, DNA damaging activity, deubiquitinating activity, adenylating activity, deadenylating activity. It has a sumoylation activity, a desumoylation activity, a ribosylation activity, a deribosylation activity, a myristoylation activity, a demyristoylation activity or a telomere repair activity, or a deamination activity. In an exemplary embodiment, the polypeptide of interest has kinase activity, nuclease activity, methyltransferase activity, demethylase activity, acetyltransferase activity, deacetylase activity, phosphatase activity, ubixin ligase activity, deubiquitination activity, or telomere repair activity. May have a polypeptide.

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 that include 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。 Thus, 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 present invention. In another aspect, a kit for site-specific targeting of a polypeptide of interest to double-stranded (ds) target 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. In some aspects, the kit may comprise a synthetic tracr nucleic acid construct, a synthetic CRISPR nucleic acid construct, a CRISPR nucleic acid array and/or a chimeric nucleic acid construct of the present invention contained in one or more expression cassettes. In a still further aspect, the kit further comprises a Cas9 nuclease (eg, 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 comprise a primer, said primer comprising a portion of the CRISPR repeat sequence in both directions. In another embodiment, the kit may include primers designed to include the boundaries of the CRISPR array (ie, one leader end and the other trailer end) and extend through the CRISPR repeat sequence in both directions. ..
In a further embodiment, the kit may further comprise 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 should be understood that these examples are not intended to limit the scope of the claims to the invention, but are intended to be illustrative of the particular embodiments. Any modifications in the exemplified methods that occur to those skilled in the art are intended to be within the scope of the present 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。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。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. Assessing the functional role of the modules identified in the guide sequence Clustered regularly interspersed short pa ndrometic repeat (CRISPR) and related Cas proteins confer adaptive immunity to invasive genetic factors in bacteria and archaea 1 . In the type II CRISPR-Cas system, the signature RNA-guided endonuclease Cas9 specifically targets the sequence complementary to the CRISPR spacer, resulting in a double-stranded DNA break (DSB) with two nickase domains. (Makarova, K.S. et al. Nat Rev Microbiol 9, 467-477 (2011); Garneau, JE et al. Nature 468, 67-71 (2010); Saplanauskas, R. et al. Nucleic. Acids Res 39, 9275-9228 (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 the Cas9-specific protospacer-flanking motif (PAM) is flanked. Garneau, J.; E. et al. Nature 468, 67-71 (2010); Saplanauskas, 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 trans-activated crRNA (tracrRNA) 8 . This natural complex can be replaced by a synthetic single guide RNA (sgRNA) chimera that mimics a crRNA:tracrRNA duplex (Jinek, M. et al., Science 337, 816-821 (2012)). The sgRNA in combination with Cas9 creates a convenient, compact, and portable, sequence-specific targeting system suitable for heterologous transfer to various model systems of engineering and 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, the Cas9:sgRNA technology, which provides a compact and practical means for producing double-strand breaks (DSBs), has a revolutionary genomic organization (Mali, P. et al., Science 339,823). Cong, L. et al. Science 339, 819-823 (2013); Jiang, W. et al. Nat. Biotechnol. 31, 233-239 (2013); Sander, JD & Jung. , J. K. Nature Biotechnol. 32, 347-355. (2014), paving a new avenue for high-throughput genome-wide gene screening 13,14 , and expanding the toolbox of transcription regulation (Qi, LS .. et al. Cell 152, 1173-1183 (2013); Gilbert, LA et al. Cell 154, 442-451 (2013)). Moreover, the absence of an interaction between evolutionarily distant Cas9:sgRNAs (Chylinski, K. et al. RNA biology 10, 726-737 (2013); Fonfara, I. et al. Nucleic Acids Res (2013). ); Esvelt, KM et al. Nature Methods (2013)), when coexistent functional type II CRISPR-Cas systems function simultaneously, multiple independent targeting can be achieved intracellularly (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, the critical properties of sgRNA guides and their involvement in the definition of functionally orthologous Cas9 endonucleases have not yet been characterized. Indeed, the initial focus of Cas9 targeting and cleavage focuses on spacer:target complementarity and PAM sequence sensitivity, while the orthogonality between factors driving Cas9:sgRNA interactions and the type II CRISPR-Cas system. There remains a lack of information defining the factors that direct sex. Therefore, we set out to identify and characterize features within sgRNAs that provide 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。 Thus, the functional roles and implications of various modules identified within the guide sequences described herein (eg, synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, chimeric nucleic acid constructs (tracr nucleic acid-synthetic CRISPR nucleic acid constructs) ( In order to evaluate implication, we designed mutants of the guided mutations, which contain alterations or deletions of each of the aforementioned functional modules. We used the SthCRISPR3 system as a representative functional model. We selected and initially established a positive functional control (wild type, WT) using the native guide sequence, then we tested a "stitch" mutant with deletion of stitches and observed loss of function. We then tested the bulge-deleted "bulge" mutant and observed loss of function, then we tested the nexus-deleted "nexus" mutant and observed loss of function. We then tested the "hairpin" mutant with the deletion of the first hairpin and observed loss of function.We subsequently tested sequence specificity and variability susceptibility to It was established that the nexus sequence is specific, while variably permissive for other functional modules, notably 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。 Therefore, FIG. 1 shows a multiple sequence alignment for the Nexus module, and FIG. 2 provides the maximum likelihood tree for the Nexus module developed throughout this study. 3A to 3D show consensus sequences for Nexus modules of the Sth Cr1 group (FIG. 3A), the Sth Cr3 group (FIG. 3B), the Lrh group (FIG. 3C) and the Lbu group (FIG. 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。 FIG. 5 shows a multiple sequence alignment for the anti-stitch module, while FIGS. 6A-6D show the Sth Cr1 group (FIG. 6A), Sth Cr3 group (FIG. 6B), Lrh group (FIG. 6C) and Lbu group. FIG. 6D shows a consensus arrangement for the anti-stitch module of FIG. 6D.

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, a multiple sequence alignment for the bulge module is provided in Figure 7, and a consensus sequence for the bulge module of the Sth Cr1 group is shown in Figure 8A. FIG. 8B shows the consensus sequence for the bulge module of the Sth Cr3 group. FIG. 8C shows the consensus sequence for the Lrh group, and FIG. 8D shows the consensus sequence for the bulge module in 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。 FIG. 11 shows a multiple sequence alignment for the bulge, anti-stitch and nexus modules. FIG. 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。 12-21 show guide sequences and targeting for various cRNA:tracRNA constructs, Streptococcus thermophilus CR3 (FIG. 12) representing the Sth CR1 group; Lactobacillus bachneri (FIG. 13) representing the Lbu group; Sth CR1 group. Streptococcus thermophilus CR1 (FIG. 14); Streptococcus pyrogenes M1 GAS (FIG. 15) that represents the Sth CR3 group; (FIG. 18); Lactobacillus gasseri representing the Lga group (FIG. 19); Lactobacillus jensenii representing the Lje group (FIG. 20); and Lactobacillus pentosus representing the Lpe group (FIG. 21). The lower side of each of Figures 12-21 represents the target dsDNA containing the target sequence (open structure) and flanking (3') PAM. The upper side of each figure represents a CRISPR RNA (crRNA) consisting of a 5'portion complementary to a target sequence and a 3'portion derived from a CRISPR repeat; and also a tracrRNA consisting of an anti-CRISPR repeat portion and a nexus. Also shown is the 3'hairpin. As shown in each of FIGS. 12 to 21, the complementary portion of the crRNA:tracrRNA duplex has a lower stem (lower complementary portion), a bulge (herniated mismatch) and an upper stem (upper complementary portion). Consists 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)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 a key module in sgRNA necessary 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 characteristics also occurred in other type II CRISPR-Cas systems. We sampled 41 Cas9 sequences from the Streptococcus and Lactobacillus genomes (type II systems preferentially occur 2 ), identified their corresponding CRISPR repeats, and predicted tracrRNA sequences. The Cas9 protein sequence was clustered into three main sequence groups (Figure 23). As expected, similar grouping was seen when clustering was performed with either CRISPR-repeats or predicted tracrRNA sequences (Figure 24A, Figure 23, Figure 25, Figure 26) and anti-intra-crRNA. The existence of CRISPR repeats and a relevant molecular relationship between Cas9 and crRNA:tracrRNA pairs were given (Makarova, KS et al. Nat Rev Microbiol 9, 467-477 (2011); Deltacheva, E. et. Al. Nature 471, 602-607 (2011); Fonfara, I. et al. Nucleic Acids Res (2013)). Within the tracrRNA sequence, we consistently observed the functional modules identified for SpyCas9 (Fig. 24B), and the overall sgRNA/crRNA:tracrRNA structure between families was conserved, with high levels within the cluster. The sequence 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 a directional twist between the lower stem (i.e. stitch/anti-stitch) and the upper stem (i.e. zipper/anti-zipper) was consistently seen across system versatility. The length of the lower stem was highly conserved within the family and variable between families. Interestingly, the highest levels of conservation were seen with the 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, the unique dual-stem nexus (FIGS. 24A-B) was unique and ubiquitous in the Lactobacillus system. Surprisingly, some bases within the nexus were tightly conserved even among different families including A52 and C55 (Fig. 24A-B), further highlighting the critical role of this module. Indeed, A52 interacts with the backbone of residues 1103-1107 near the 5'end of the target strand in the crystal structure of SpyCas9, and that interaction of the protein backbone with nexus may be required for PAM binding. Suggest.

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)))。 Determining the relationship of guide RNA structure to the Cas9 protein orthogonality. The findings described herein suggest potential relationships between the sequence and structure of sgRNAs and the diversity of Cas9 proteins. This observation prompted us to determine the sgRNA modules that define the Cas9 orthologous group. Therefore, we find that two naturally coexisting orthologous S. A thermophilus type II system, that is, an endonuclease derived from Sth1 Cas9 and Sth3 Cas9 is selected (Horvath, P. et al. J Bacteriol. 190, 1401-1412 (2008)), and between the sgRNA composition and Cas9 orthogonality. I investigated the relationship. A series of experiments were designed based on self-targeting activity in Escherichia coli (FIGS. 28A-B), where specific mutations in sgRNA promote cleavage activity at orthologous orthologoous Cas9. I tested whether I could do it. We have shown that E. coli contains Cas9 target sites that overlap for the Sth1Cas9 and Sth3Cas9 systems. A region within the E. coli genome was identified, confirming that the cleavage occurred at one nucleotide (FIG. 29B) and that the PAM sequences overlap favorably. We produced chimeric versions of the two sgRNA backbones and replaced the spacer, lower stem (ie stitch/anti-stitch)-bulge-upper stem (ie zipper/anti-zipper), nexus and hairpin (FIG. 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 were indeed orthogonal in this assay system, and that each guide alone drives targeting at its cognate Cas9 (Figure 29C). We next show that the exchange of spacer sequences results in an sgRNA with a CRISPR3 spacer and a CRISPR1 backbone that is capable of supporting Sth1Cas9 cleavage activity. However, the opposite is not true for Sth3Cas9 activity. The sgRNA containing the CRISPR1 spacer and the CRISPR3 backbone do not support Sth3Cas9 activity (FIG. 29C). We hypothesize that this unidirectional reciprocal functionality is due to the flexibility of the requirement for the space between the protospacer and the PAM in the SthCRISPR system (Chen et al. J. Biol. Chem. doi: 10. 1074/jbc.M113.539726. (2014)) (FIG. 29C, upper panel). We then showed that the functionality between sgRNA and Cas9 could be altered by simply exchanging the nexus-hairpin combination between the two orthogonal systems. The main consequence of sgRNA reprogramming is the loss of the ability to guide the original Cas9 in the process (FIG. 29C, lower panel). This is in contrast to the standard belief that the CRISPR repeat sequence plays an important role in the definition of the orthologous CRISPR-Cas system. However, these results indicate that chimeric sgRNAs with altered nexus sequences can reprogram orthogonality in a predictable and unidirectional manner, further enhancing the orthogonal Cas9 protein associated with different PAMs. Critical to use (Esvelt, KM 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-binding and protein/RNA/DNA complexes show that Cas9 undergoes dramatic conformational changes upon binding to guide RNA, promoting the structure of target DNA binding and cleavage. (Jinek, M. et al., Science 343, 6176 (2014). SpyCas9:sgRNA:DNA:complex and apo-SpyCas9 showed that the crystal structure was consistent with the images obtained by electron microscopy. It is shown that substantial rearrangement of RNA- and DNA-binding domains occurs between the two structures, occupying strikingly distinct structures (Jinek, M. et al., Science 343, 6176 (2014); Nishimasu, H. et al. Cell 156, 935 (2014).) Nexus occupies a critical position in the SpyCas9-sgRNA:DNA complex, aligning many important components of proteins and sgRNAs, both protein and RNA. To receive the target DNA duplex for cleavage.When bound to sgRNA:DNA, the arginine-rich bridge helix binds to the base of the nexus and the lower stem. , Two small regions from two lobes of SpyCas9 (we propose to establish them 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 21. NIR2 also directly interacts with the lower stem. The side that interacts and is opposite the nexus-binding site is in close proximity to the 3'end of the target strand, suggesting that interaction with nexus may be necessary to align the PAM recognition site. Notably, in Actinomyces naeslundii Cas9 (AnaCas9) apo-structure (Jinek, M. et al., Science 343, 6176 (2014)), NIR2 is arranged and contains an insertion of about 50 amino acids. Motivation to think that a large nexus (and optionally with PAM sequences) can be recognized There is.

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, establishing bulge and nexus as structure- and sequence-specific properties that guide Cas9 targeting and cleavage. This is more suitable as a basis for optimization of sgRNA compositions and packaging into adeno-related viruses etc. that contain smaller regions of double-stranded RNA that potentially provoke an innate immune response. Provide a design with the opportunity to design a short, minimal guide RNA. This understanding of the type II CRISPR-Cas system is described in Briner et al. (Mol. Cell 56:333-339 (2014)) and Nishimasu et al. (Supported by Cell 156:935-949 (2014), sequence modifications have been shown to affect the ability of the modified sequence to guide Cas9. Notably, these studies show that Confirm that the nexus sequences within the guide are critical for guiding Cas9 towards 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 with the potential to harness the diversity of natural Cas9 orthologs. , Including a short Cas9 variant for convenient packaging and delivery. In addition, the ability to reprogram Cas9 with chimeric mgRNAs provides flexibility in target frequency management (frequent short PAMs) and specificity due to reduced off-target cleavage (rarely longer PAMs). Will occur) and will allow increased use of various PAMs. It also opens up multiple opportunities by using a single Cas9 with various chimera guides, or simultaneously using orthogonal systems with different combinations of standard or chimeric sgRNAs. Taken together, our findings pave the way for new 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 gene from the CRISPR1 and CRISPR3 loci was transformed into S. PCR amplified from genomic DNA from thermophilus LMD-9 and cloned into pwtCas9-bacteria (Addgene #44250)) (Qi, LS et al. Cell 152, 1173-1183 (2013)). To construct the sgRNA-expression plasmid, the SpeI restriction site in the pdCas9-bacterial plasmid (Addgene #44249) (Id.) was removed and gBlock(IDT) encoding a zraP-targeting sgRNA based on the CRISPR1 or CRISPR3 locus was added. , PgRNA-bacterial plasmid (Addgene #44251) (Id.) in combination with the PCR-amplified backbone. For transformation analysis E. Transformation efficiency with E. coli K-12 was tested for sgRNA plasmids tested as previously described (Gomaa, AA et al. MBio. 5, e00928-13 (2014)). Body numbers were calculated by dividing by 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 gene from the CRISPR1 locus (Sth1-Cas9) and CRISPR3 locus (Sth3-Cas9) was transformed into S. PCR amplification was performed from the genomic DNA extracted from thermophilus LMD-9. Each PCR product was combined by Gibson assembly with the PCR-amplified backbone of pwtCas9-bacteria (Addgene #44250) (Qi, L.S. et al. Cell 152, 1173-1183 (2013)). To construct an sgRNA-expression plasmid, the SpeI restriction site in pdCas9-bacterial plasmid (Addgene #44249) (Id.) was removed by digesting the plasmid with SpeI, blunt-ended and religated to pdCas9ΔSpeI plasmid. Produced. Separately, S. gBlock(IDT), which encodes a zraP-targeting sgRNA based on the CRISPR1 (C1) locus or CRISPR3 (C3) locus in thermophilus LMD-9, was transformed by gibson assembly into pgRNA-bacterial plasmid (Addgene #44251) (Id.). PCR-amplified backbone of the original S. The 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 to the SpeI/KpnI or KpnI/HindIII sites of the psgRNA-C1 or psgRNA-C3 plasmids and ligated. 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-12Fλ-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 carrying the indicated Cas9-expression plasmid were streaked for isolation and individual colonies were inoculated into 3 ml LB medium and grown overnight. The resulting culture was back-diluted in 45 ml LB medium and grown to an ABS 600 of 0.6-0.8 as measured by a Nanodrop 2000c spectrophotometer (Thermo Scientific). The cultures were then pipetted and washed twice with ice-cold 10% glycerol before resuspending in 200-400 μl of 10% glycerol. Suspended cells (50 μl) were transformed with 25 ng of the indicated sgRNA-expression plasmid using MicroPulser Electroporator (BioRad) and recovered in 300 μl of SOC medium (Quality Biological) for 1 hour. After recovery, 200 μl cultures containing different amounts of LB medium were plated on LB agar containing 100 ng/ml anhydrotetracycline. Transformation efficiency was determined as previously described (Gomaa, AA et al. MBio. 5,e00928-13 (2014)) by comparing the number of transformants for the DgRNA plasmid tested to psgRNA-C1-. Calculated by dividing by the number of transformants for the T4 control plasmid. The tested sgRNA plasmids and control plasmids were transformed into the same batch of electrocompetent cells to reduce inter-experimental variations in transformation efficiency. Similarly, with respect to Figures 30-32, transformation analysis was used to test the ability of the plasmid to be electroporated into a Lactobacillus strain carrying 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 in the host CRISPR locus, flanked by protospacers in the complete PAM. Various plasmids were designed as follows (NTAAC for Lga; NNGAA for Lca; NGAAA for Lrh; PAM region is the nucleotides underlined in Figures 30-32, and their mutated variants (tested for efficiency). The nucleotides are italicized.) Also, the experiment was performed with the control non-targeting sequence (the penultimate entry for each experiment shown in Figures 30-32, and the control plasmid without the target sequence). (A final entry was also included for each experiment shown in Figures 30-32. The ability of the native CRISPR-Cas system to prevent plasmid uptake by DNA targeting depends on the efficiency of transformation between the test sequence and the two aforementioned controls. Measured as the difference.

Claims (50)

合成トランスコード化CRISPR(tracr)核酸(例えば、tracrRNA、tracrDNA)構築物であって、
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み、
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、前記抗−ジッパー配列は、存在する場合は、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、
合成トランスコード化CRISPR(tracr)核酸(例えば、tracrRNA、tracrDNA)構築物。
A synthetic transcoding CRISPR (tracr) nucleic acid (eg, tracrRNA, tracrDNA) construct, comprising:
From 5'to 3',
An optional anti-zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides; a bulge sequence comprising at least about 3 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/T), GATAAGGCCATGCC , A TAGGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAAGCTTCAGC nucleotide sequence; and a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin,
The hairpin comprises at least 3 matching base pairs,
Wherein 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 said nexus sequence is located immediately upstream of said hairpin sequence,
Synthetic transcoding CRISPR(tracr) nucleic acid (eg, tracrRNA, tracrDNA) constructs.
合成CRISPR核酸(例えば、crRNA、crDNA)構築物であって、
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、存在する場合は、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GR1のすぐ上流に位置し、および、前記GR1は、前記スペーサー配列のすぐ上流に位置する、
合成CRISPR核酸構築物。
A synthetic CRISPR nucleic acid (eg, crRNA, crDNA) construct, comprising:
From 3'to 5',
Optional zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides, bulge sequence comprising a nucleotide sequence having at least two nucleotides, stitching sequence comprising the nucleotide sequence of NNTNN, G R1 comprises a nucleotide G or GTT, and 5 ' A spacer sequence having an end and a 3'end, the spacer sequence comprising at its 3'end at least 7 nucleotides having 100% complementarity with the target DNA,
The zipper sequence, if present, situated immediately upstream of the bulge arrangement, the bulge sequence located immediately upstream of the stitch arrangement, the stitching sequence is located immediately upstream of the G R1, And said GR1 is located immediately upstream of said spacer sequence,
Synthetic CRISPR nucleic acid constructs.
合成CRISPR核酸アレイであって、
請求項2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、前記の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、および、
前記の2以上のCRISPR核酸構築物の前記ステッチ配列は同一であり、および、
前記の2以上のCRISPR核酸構築物の前記スペーサー配列は、同一または非同一であり、および、
存在する場合は、前記の2以上のCRISPR核酸構築物の前記ジッパー配列は同一である、
CRISPR核酸アレイ。
A synthetic CRISPR nucleic acid array comprising:
A nucleotide sequence encoding two or more CRISPR nucleic acid constructs of claim 2,
Wherein the two or more CRISPR nucleic acid constructs are located immediately adjacent to each other on the nucleotide sequence, and
The stitch sequences of the two or more CRISPR nucleic acid constructs are identical, and
Said spacer sequences of said two or more CRISPR nucleic acid constructs are identical or non-identical, and
The zipper sequences of the two or more CRISPR nucleic acid constructs, if present, are identical,
CRISPR nucleic acid array.
請求項1の合成tracr核酸構築物および請求項2の合成CRISPR核酸構築物を含む、キメラ核酸構築物であって、
前記合成CRISPR核酸構築物の前記ステッチ配列は、前記合成tracr核酸構築物の前記抗−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核酸構築物の前記バルジ配列および前記合成CRISPR核酸構築物の前記バルジ配列は、非相補であり、
存在する場合は、前記合成CRISPR核酸構築物の前記ジッパー配列は、前記合成tracr核酸構築物の前記抗−ジッパー配列に少なくとも約70%相補であってハイブリダイズする、
キメラ核酸構築物。
A chimeric nucleic acid construct comprising the synthetic tracr nucleic acid construct of claim 1 and the synthetic CRISPR nucleic acid construct of claim 2, wherein
The stitch sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is 100% complementary to and hybridizes to the anti-stitch sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct,
The bulge sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct and the bulge sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct are non-complementary,
If present, the zipper sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is at least about 70% complementary to and hybridizes to the anti-zipper sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct,
Chimeric nucleic acid construct.
請求項1の合成tracr核酸構築物、請求項2の合成CRISPR核酸構築物、請求項3のCRISPR核酸アレイ、または、請求項4のキメラ核酸構築物であって、
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コードするヌクレオチド配列をさらに含む、
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。
The synthetic tracr nucleic acid construct of claim 1, the synthetic CRISPR nucleic acid construct of claim 2, the CRISPR nucleic acid array of claim 3, or the chimeric nucleic acid construct of claim 4.
Further comprising a nucleotide sequence encoding an amino acid sequence having at least 70% identity to the amino acid sequence encoding Cas9 nuclease,
Synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, CRISPR nucleic acid arrays, or chimeric nucleic acid constructs.
請求項5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であって、
前記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である、
前記Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのStreptococcus thermophilus CRISPR 3(Sth CR3)グループ由来のCas9である、
前記Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのLactobacillus buchneri CD034(Lb)グループ由来のCas9ヌクレアーゼである、または、
前記Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのLactobacillus rhamnosus GG(Lrh)グループ由来のCas9ヌクレアーゼである、
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。
The synthetic tracr nucleic acid construct, synthetic CRISPR nucleic acid construct, CRISPR nucleic acid array, or chimeric nucleic acid construct of claim 5, wherein
The Cas9 nuclease is Cas9 derived from the Streptococcus thermophilus CRISPR 1 (Sth CR1) group of Cas9 nuclease,
The Cas9 nuclease is Cas9 derived from the Streptococcus thermophilus CRISPR 3 (Sth CR3) group of Cas9 nuclease,
The Cas9 nuclease is a Cas9 nuclease derived from the Lactobacillus buchneri CD034(Lb) group of Cas9 nucleases, or
The Cas9 nuclease is a Cas9 nuclease derived from the Lactobacillus rhamnosus GG (Lrh) group of Cas9 nuclease,
Synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, CRISPR nucleic acid arrays, or chimeric nucleic acid constructs.
請求項5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であって、
Cas9ヌクレアーゼをコードする前記アミノ酸配列は、配列番号1〜配列番号53のアミノ酸配列、または任意のそれらの組み合わせの群から選択される、
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。
The synthetic tracr nucleic acid construct, synthetic CRISPR nucleic acid construct, CRISPR nucleic acid array, or chimeric nucleic acid construct of claim 5, wherein
The amino acid sequence encoding a Cas9 nuclease is selected from the group of amino acid sequences SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 53, or any combination thereof.
Synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, CRISPR nucleic acid arrays, or chimeric nucleic acid constructs.
請求項5の合成tracr核酸構築物、合成CRISP核酸構築物、CRISPR核酸アレイ、またはキメラ核酸構築物であって、
前記ネクサス配列は、GATAAGGCまたはGATAAGGCCATGCCであり、前記Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのStreptococcus thermophilus CRISPR 1(STh CR1)グループ由来である;
前記ネクサス配列は、TAAGGCまたはTAAGGCTAGTCCであり、前記Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのStreptococcus thermophilus CRISPR 3(Sth CR3)グループ由来である;
前記ネクサス配列は、TCAAGCまたはTCAAGCAAAGCであり、前記Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのLactobacillus buchneri CD034(Lb)グループ由来である;または、
前記ネクサス配列はTCAAACまたはTCAAACAAAGCTTCAGCであり、前記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、
合成tracr核酸構築物、合成CRISP核酸構築物、CRISPR核酸アレイ、またはキメラ核酸構築物。
The synthetic tracr nucleic acid construct, synthetic CRISP nucleic acid construct, CRISPR nucleic acid array, or chimeric nucleic acid construct of claim 5, wherein
The nexus sequence is GATAAGGC or GATAAGGCCATGCC, and the Cas9 nuclease is from the Streptococcus thermophilus CRISPR 1 (STh CR1) group of Cas9 nucleases;
The nexus sequence is TAAGGC or TAAGGCTAGTCC, and the Cas9 nuclease is from the Streptococcus thermophilus CRISPR 3 (Sth CR3) group of Cas9 nucleases;
The nexus sequence is TCAAGC or TCAAGCAAAGC, and the Cas9 nuclease is from the Lactobacillus buchneri CD034(Lb) group of Cas9 nucleases; or
The nexus sequence is TCAAAC or TCAAACAAAGCTTCAGC, and the Cas9 nuclease is derived from the Lactobacillus rhamnosus GG (Lrh) group of Cas9 nucleases,
Synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISP nucleic acid constructs, CRISPR nucleic acid arrays, or chimeric nucleic acid constructs.
請求項6から8のいずれか一項の合成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であって、
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、
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。
9. The synthetic tracr nucleic acid construct, synthetic CRISPR nucleic acid construct, CRISPR nucleic acid array, or chimeric nucleic acid construct of any one of claims 6 to 8,
The Cas9 nuclease contains a mutation in the RuvC active site motif,
Synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, CRISPR nucleic acid arrays, or chimeric nucleic acid constructs.
請求項6から8のいずれか一項の合成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であって、
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、
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。
9. The synthetic tracr nucleic acid construct, synthetic CRISPR nucleic acid construct, CRISPR nucleic acid array, or chimeric nucleic acid construct of any one of claims 6 to 8,
The Cas9 nuclease contains a mutation within the HNH active site motif,
Synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, CRISPR nucleic acid arrays, or chimeric nucleic acid constructs.
請求項6から8のいずれか一項の合成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であって、
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、
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。
9. The synthetic tracr nucleic acid construct, synthetic CRISPR nucleic acid construct, CRISPR nucleic acid array, or chimeric nucleic acid construct of any one of claims 6 to 8,
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,
Synthetic tracr nucleic acid constructs, synthetic CRISPR nucleic acid constructs, CRISPR nucleic acid arrays, or chimeric nucleic acid constructs.
発現カセットであって、
請求項1、または5から11のいずれか一項の合成tracr核酸構築物、請求項2、または5から11のいずれか一項の合成CRISPR核酸構築物、請求項3、または5から11のいずれか一項のCRISPR核酸アレイ、または請求項4から11のいずれか一項のキメラ核酸構築物を含む、
発現カセット。
An expression cassette,
12. A synthetic tracr nucleic acid construct according to any one of claims 1 or 5 to 11, a synthetic CRISPR nucleic acid construct according to any one of claims 2 or 5 to 11 and any one of claims 3 or 5 to 11. 12. A CRISPR nucleic acid array according to claim 14 or a chimeric nucleic acid construct according to any one of claims 4 to 11,
Expression cassette.
細胞であって、
請求項1、または5から11のいずれか一項の合成tracr核酸構築物、請求項2、または5から11のいずれか一項の合成CRISPR核酸構築物、請求項3、または5から11のいずれか一項のCRISPR核酸アレイ、または請求項4から11のいずれか一項のキメラ核酸構築物、または請求項12の発現カセットを含む、
細胞。
A cell,
12. A synthetic tracr nucleic acid construct according to any one of claims 1 or 5 to 11, a synthetic CRISPR nucleic acid construct according to any one of claims 2 or 5 to 11 and any one of claims 3 or 5 to 11. 13. A CRISPR nucleic acid array according to claim 12, or a chimeric nucleic acid construct according to any one of claims 4 to 11, or an expression cassette according to claim 12.
cell.
請求項13の細胞であって、
前記細胞は、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る、
細胞。
The cell of claim 13, wherein
The cells are stem cells, somatic cells, germ cells, plant cells, animal cells, bacterial cells, archaeal cells, fungal cells, mammalian cells, insect cells, avian cells, fish cells, amphibian cells, cnidarian cells, humans. Cells, or non-human primate cells,
cell.
二本鎖標的DNAの部位特異的切断のための方法であって、
請求項4から10のいずれか一項のキメラ核酸構築物、または請求項12の発現カセットを、接触させるステップを含み、
前記発現カセットは、請求項4から10のいずれか一項のキメラ核酸構築物を、Cas9ヌクレアーゼの存在下で標的DNAとともに含み、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。
A method for site-specific cleavage of double-stranded target DNA, comprising:
Contacting the chimeric nucleic acid construct of any one of claims 4 to 10 or the expression cassette of claim 12,
The expression cassette comprises the chimeric nucleic acid construct of any one of claims 4 to 10 together with target DNA in the presence of Cas9 nuclease, thereby being defined by complementary hybridization of the spacer sequence to the target DNA. Causing site-specific cleavage of the target DNA within the region,
Method.
請求項15の方法であって、
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。
The method of claim 15, wherein
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, resulting in a site-specific nick to the (+) of the double-stranded target DNA. Generated in 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 in the HNH active site motif, thereby cleaving the (-) strand of the double-stranded target DNA to create a site-specific nick for the double-stranded target DNA (-) strand. To generate within,
Method.
二本鎖標的DNAの部位特異的切断のための方法であって、
以下のステップを含む:
トランスコード化CRISPR(tracr)核酸分子およびCRISPR核酸分子を、Cas9ヌクレアーゼの存在下で前記標的DNAと接触させるステップ、ここで、
(a)前記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、前記抗−ジッパー配列は、存在する場合は、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、
(b)前記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、少なくとも約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、前記ジッパー配列は、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GR1のすぐ上流に位置し、および、前記GR1は、前記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、前記抗−ジッパー配列および抗−ステッチ配列が存在する場合は、前記抗−ジッパーは、前記ジッパー配列にハイブリダイズし、前記ステッチ配列は、前記抗−ステッチ配列にハイブリダイズし、前記CRISPR核酸分子の前記スペーサー配列は、前記標的DNAの一部(前記標的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、前記標的DNAに対する、前記CRISPR核酸分子の前記スペーサー配列の相補結合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。
A method for site-specific cleavage of double-stranded target DNA, comprising:
Including the following steps:
Contacting a transcoded CRISPR(tracr) nucleic acid molecule and a CRISPR nucleic acid molecule with said 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 sequences including; TNANC, 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), GATAAGGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or nexus sequence comprising the nucleotide sequence of TCAAACAAAAGCTTCAGC; and a nucleotide comprising a hairpin sequence comprising at least one hairpin. Encoded by a sequence, the hairpin comprises at least 3 matching base pairs, the anti-zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence, and the bulge sequence is the anti-zipper sequence. Located immediately upstream of the stitch array, the anti-stitch array is located immediately upstream of the nexus array, and the nexus array is located immediately upstream of the hairpin array; and
(B) the CRISPR nucleic acid molecule comprises, 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 about 2 nucleotides, the nucleotides of NNTNN. stitch sequence comprising the sequence, G R1 comprises a nucleotide G or GTT, and, a spacer sequence having a 5 'and 3' ends, at least 7 having a target DNA and 100% identity to the 3 'end Comprising a spacer sequence comprising nucleotides, encoded by a 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 the stitch sequence is located immediately upstream of the G R1, and the G R1 is located immediately upstream of said spacer sequences, and,
Furthermore, when the anti-zipper sequence and the anti-stitch sequence are present, the anti-zipper hybridizes to the zipper sequence, the stitch sequence hybridizes to the anti-stitch sequence, and The spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule is at least about 80% complementary to and hybridizes to a portion of the target DNA (adjacent to a protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA), whereby the target DNA is To site-specific cleavage of the target DNA within a region defined by complementary binding of the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule to
Method.
二本鎖標的DNAの部位特異的切断のための方法であって、
前記二本鎖標的DNAを、以下:
(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、前記抗−ジッパー配列は、存在する場合は、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);
(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(前記ジッパー配列は、存在する場合は、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GR1のすぐ上流に位置し、および、前記GR1は、前記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
を含むキメラ核酸と接触させるステップを含み、
ここで、前記抗−ジッパー配列および前記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、前記抗−ステッチ配列は、前記ステッチ配列にハイブリダイズし、前記第二のヌクレオチド配列の前記スペーサー配列は、前記標的DNAの少なくとも一部にハイブリダイズし、前記第二のヌクレオチド配列の前記スペーサー配列は、前記標的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、前記標的DNAに対する、前記第二のヌクレオチド配列の前記スペーサー配列の相補結合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。
A method for site-specific cleavage of double-stranded target DNA, comprising:
The double-stranded target DNA is as follows:
(A) in the 5'to 3'direction, an anti-zipper sequence comprising at least about 3 nucleotides; a bulge sequence comprising at least about 3 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/T), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAAGCTTCAGC nexus sequence; and a first nucleotide sequence comprising a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin (the hairpin is , At least 3 matching base pairs, the anti-zipper sequence is located immediately upstream of the bulge sequence, if present, 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) in the 3'to 5'direction, a zipper sequence containing at least about 3 nucleotides, a bulge sequence containing a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides, a stitch sequence containing the nucleotide sequence of NNTNN, a nucleotide G or GTT. G R1 including, and, a spacer sequence having a 5 'and 3' ends, including a spacer sequence comprising at least seven nucleotides having a target DNA and 100% identity to the 3 'end, the second nucleotide sequence (the zipper sequence, if present, situated immediately upstream of the bulge arrangement, the bulge sequence located immediately upstream of the stitch arrangement, the stitching sequence, immediately the G R1 Upstream, and said GR1 is located immediately upstream of said spacer sequence); and (c) a third amino acid sequence encoding an amino acid sequence having at least 80% identity to the amino acid sequence encoding the Cas9 nuclease. Contacting with a chimeric nucleic acid comprising a nucleotide sequence of
Here, if the anti-zipper sequence and the zipper sequence are present, they 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 a portion of the target DNA, and the spacer sequence of the second nucleotide sequence hybridizes to a portion of the target DNA (adjacent to a protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA). Soybean, thereby causing site-specific cleavage of the target DNA within the region defined by complementary binding of the spacer sequence of the second nucleotide sequence to the target DNA.
Method.
請求項17または請求項20の方法であって、
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DNAの前記(+)鎖を、前記PAM配列の5ヌクレオチド上流に位置する切断部位で切断し、部位特異的ニックを前記二本鎖標的DNA内に生成する、
方法。
A method according to claim 17 or claim 20,
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 that causes the (+) strand of the double-stranded DNA to be cleaved at a cleavage site located 5 nucleotides upstream of the PAM sequence, resulting in a site-specific Generate a nick in the double-stranded target DNA,
Method.
請求項17または請求項20の方法であって、
前記部位特異的切断は、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の変異を含み、それにより、前記二本鎖DNAの前記(−)鎖を、前記PAM配列の5ヌクレオチド上流に位置する切断部位で切断し、部位特異的なニックを前記二本鎖標的DNA内に生成する、
方法。
A method according to claim 17 or claim 20,
The site-specific cleavage is a site-specific nick of the (-) strand of the double-stranded target DNA,
The Cas9 nuclease contains a mutation within the HNH active site motif that causes the (-) strand of the double-stranded DNA to cleave at a cleavage site located 5 nucleotides upstream of the PAM sequence, resulting in a site-specific Generate a nick in the double-stranded target DNA,
Method.
請求項15から20のいずれか一項の方法であって、
前記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である、
前記Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのStreptococcus thermophilus CRISPR 3(Sth CR3)グループ由来のCas9である、
前記Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのLactobacillus buchneri CD034(Lb)グループ由来のCas9ヌクレアーゼである、または
前記Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのLactobacillus rhamnosus GG(Lrh)グループ由来のCas9ヌクレアーゼである、
方法。
A method according to any one of claims 15 to 20, wherein
The Cas9 nuclease is Cas9 derived from the Streptococcus thermophilus CRISPR 1 (Sth CR1) group of Cas9 nuclease,
The Cas9 nuclease is Cas9 derived from the Streptococcus thermophilus CRISPR 3 (Sth CR3) group of Cas9 nuclease,
The Cas9 nuclease is a Cas9 nuclease derived from the Lactobacillus buchneri CD034 (Lb) group of Cas9 nucleases, or the Cas9 nuclease is a Cas9 nuclease derived from the Lactobacillus rhamnosus GG (Lrh) group of Cas9 nucleases,
Method.
請求項15から20のいずれか一項の方法であって、
Cas9ヌクレアーゼをコードする前記アミノ酸配列は、配列番号1〜配列番号53のアミノ酸配列、または任意のそれらの組み合わせの群から選択される、
方法。
A method according to any one of claims 15 to 20, wherein
The amino acid sequence encoding a Cas9 nuclease is selected from the group of amino acid sequences SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 53, or any combination thereof.
Method.
請求項15から20のいずれかの方法であって、
前記ネクサス配列は、GATAAGGCまたはGATAAGGCCATGCCであり、前記Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのStreptococcus thermophilus CRISPR 1(STh CR1)グループ由来である;
前記ネクサス配列は、TAAGGCまたはTAAGGCTAGTCCであり、前記Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのStreptococcus thermophilus CRISPR 3(Sth CR3)グループ由来である;
前記ネクサス配列は、TCAAGCまたはTCAAGCAAAGCであり、前記Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのLactobacillus buchneri CD034(Lb)グループ由来である;または
前記ネクサス配列はTCAAACまたはTCAAACAAAGCTTCAGCであり、前記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、
方法。
The method according to any one of claims 15 to 20, wherein
The nexus sequence is GATAAGGC or GATAAGGCCATGCC, and the Cas9 nuclease is from the Streptococcus thermophilus CRISPR 1 (STh CR1) group of Cas9 nucleases;
The nexus sequence is TAAGGC or TAAGGCTAGTCC, and the Cas9 nuclease is from the Streptococcus thermophilus CRISPR 3 (Sth CR3) group of Cas9 nucleases;
The nexus sequence is TCAAGC or TCAAGCAAAGC, the Cas9 nuclease is from the Lactobacillus buchneri CD034 (Lb) group of Cas9 nucleases; or the nexus sequence is TCAAAAC or TCAAAACAAAGCTTCAGC and the Cas9 nuclease is Cas9Lus It is derived from the Rhamnosus GG (Lrh) group,
Method.
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であって、
請求項8のキメラ核酸構築物、または請求項12の発現カセットを、前記標的DNAと接触させるステップを含み、
ここで、前記発現カセットは、請求項8のキメラ核酸構築物を含み、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し、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。
A method for site-specific targeting of a polypeptide of interest to double-stranded (ds) target DNA, the method comprising:
Contacting the chimeric nucleic acid construct of claim 8 or the expression cassette of claim 12 with the target DNA,
Wherein the expression cassette comprises the chimeric nucleic acid construct of claim 8, whereby the target polypeptide fused to the Cas9 is targeted to a specific site on the target DNA, the site being Defined by complementary hybridization of the spacer sequence to the target DNA,
Method.
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であって、
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DNA存在下で、前記標的と接触させるステップを含み、ここで、
(a)前記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、前記抗−ジッパー配列は、存在する場合は、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
(b)前記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、少なくとも約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、前記ジッパー配列は、存在する場合は、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GR1のすぐ上流に位置し、および、前記GR1は、前記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、前記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、前記抗−ジッパー配列および前記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、前記ステッチ配列は、前記ステッチ配列と100%相補でありハイブリダイズし、前記スペーサー配列は、前記標的DNA上のプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)に隣接する前記標的DNA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CRISPR核酸分子の前記スペーサー配列の相補結合により規定される領域内で、前記標的DNAに対する前記目的ポリペプチドの部位特異的ターゲッティングを生じさせる、
方法。
A method for site-specific targeting of a polypeptide of interest to double-stranded (ds) target DNA, comprising:
Contacting a transcoded CRISPR(tracr) nucleic acid molecule and a CRISPR nucleic acid molecule with said target in the presence of Cas9 nuclease DNA, wherein:
(A) said 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 sequences including; TNANC, 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), GATAAGGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAAACAAAGCTTCAGC nexus sequence; and a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin, Encoded by a nucleotide sequence, the hairpin comprises at least 3 matching base pairs, the anti-zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence, and the bulge sequence is the anti-zipper sequence. -Immediately upstream of the stitch sequence, the anti-stitch sequence is directly upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is immediately upstream of the hairpin sequence; and (b) the CRISPR The nucleic acid molecule comprises, 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 about 2 nucleotides, a stitch sequence comprising the nucleotide sequence of NNTNN. , G R1 comprising nucleotide G or GTT, and a spacer sequence having 5′ and 3′ ends, the spacer sequence comprising at least 7 nucleotides having 100% identity to the target DNA at its 3′ end. Including a sequence, encoded by a nucleotide sequence, 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 the G R1, and the G R1 is located immediately upstream of said spacer sequences, 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 if the anti-zipper sequence and the zipper sequence are present, those Hybridize to each other, the stitch sequence is 100% complementary to the stitch sequence and hybridizes, and the spacer sequence hybridizes to the target DNA adjacent to a protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA. Thereby causing site-specific targeting of the polypeptide of interest to the target DNA within a region defined by complementary binding of the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule to the target DNA,
Method.
請求項17から23または25のいずれか一項の方法であって、
前記PAMは、GG、GGNG、AGAA、AAAAまたはGAAのヌクレオチド配列を含む、
方法。
26. A method according to any one of claims 17 to 23 or 25,
The PAM comprises a nucleotide sequence of GG, GGNG, AGAA, AAAA or GAA,
Method.
請求項15から26のいずれか一項の方法であって、
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。
27. The method of any of claims 15-26, wherein
The Cas9 nuclease is encoded by a nucleotide sequence codon optimized for the organism containing the target DNA.
Method.
請求項15から27のいずれか一項の方法であって、
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。
A method according to any one of claims 15 to 27,
The Cas9 nuclease comprises at least one nuclear localization sequence,
Method.
請求項27または請求項28の方法であって、
前記生物は、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である、
方法。
A method according to claim 27 or claim 28, wherein
The organism is a plant, bacterium, archaea, fungus, animal, mammal, insect, bird, fish, amphibian, cnidarian, human, or non-human primate,
Method.
請求項27または請求項28のいずれか一項の方法であって、
前記生物は、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である、
方法。
29. The method of any one of claims 27 or 28,
The organisms, Homo sapiens, Drosophila melanogaster, Mus musculus, Rattus norvegicus, Caenorhabditis elegans, Saccharomyces pombe, Saccharomyces cerevisiae, Glycine max, Zeae maydis, Gossypium hirsutum or a Arabidopsis thaliana,
Method.
請求項24から30のいずれか一項の方法であって、
前記目的ポリペプチドは、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であり、または、
前記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含む、
方法。
31. A method according to any one of claims 24 to 30,
The target polypeptide is helicase, nuclease, methyltransferase, gyrase, demethylase, kinase, dismutase, integrase, transposase, telomerase, recombinase, acetyltransferase, deacetylase, polymerase, phosphatase, ligase, ubixin ligase, photolyase or glycosylase. Yes, or
The target polypeptide is a depurinating activity, an oxidizing activity, a pyrimidine dimer forming activity, an alkylating activity, a DNA repairing activity, a DNA damaging activity, a deubiquitinating activity, an adenylating activity, a deadenylating activity, a SUMOylating activity, a desumoylating activity. Activity, ribosylation activity, deribosylation activity, myristoylation activity, demyristoylation or telomere repair activity, or deamination activity,
Method.
二本鎖DNAの部位特異的切断のためのキットであって、
前記キットは、請求項1の合成tracr核酸構築物を含む、
キット。
A kit for site-specific cleavage of double-stranded DNA, comprising:
The kit comprises the synthetic tracr nucleic acid construct of claim 1,
kit.
二本鎖DNAの部位特異的切断のためのキットであって、
前記キットは、請求項2の合成CRISPR核酸構築物を含む、
キット。
A kit for site-specific cleavage of double-stranded DNA, comprising:
The kit comprises the synthetic CRISPR nucleic acid construct of claim 2,
kit.
二本鎖DNAの部位特異的切断のためのキットであって、
前記キットは、請求項3のCRISPR核酸アレイを含む、
キット。
A kit for site-specific cleavage of double-stranded DNA, comprising:
The kit comprises the CRISPR nucleic acid array of claim 3,
kit.
二本鎖DNAの部位特異的切断のためのキットであって、
前記キットは、請求項4のキメラ核酸構築物を含む、
キット。
A kit for site-specific cleavage of double-stranded DNA, comprising:
The kit comprises the chimeric nucleic acid construct of claim 4,
kit.
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であって、
前記キットは、請求項1の合成tracr核酸構築物を含む、
キット。
A kit for site-specific targeting of a polypeptide of interest to double-stranded (ds) target DNA, comprising:
The kit comprises the synthetic tracr nucleic acid construct of claim 1,
kit.
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であって、
前記キットは、請求項2の合成CRISPR核酸構築物を含む、
キット。
A kit for site-specific targeting of a polypeptide of interest to double-stranded (ds) target DNA, comprising:
The kit comprises the synthetic CRISPR nucleic acid construct of claim 2,
kit.
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であって、
前記キットは、請求項3のCRISPR核酸アレイを含む、
キット。
A kit for site-specific targeting of a polypeptide of interest to double-stranded (ds) target DNA, comprising:
The kit comprises the CRISPR nucleic acid array of claim 3,
kit.
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であって、
前記キットは、請求項4のキメラ核酸構築物を含む、
キット。
A kit for site-specific targeting of a polypeptide of interest to double-stranded (ds) target DNA, comprising:
The kit comprises the chimeric nucleic acid construct of claim 4,
kit.
請求項32または請求項36のキットであって、
請求項2の合成CRISPR核酸構築物および/または請求項3のCRISPR核酸アレイをさらに含む、
キット。
A kit according to claim 32 or claim 36, wherein
Further comprising the synthetic CRISPR nucleic acid construct of claim 2 and/or the CRISPR nucleic acid array of claim 3.
kit.
請求項32または請求項36のキットであって、
前記合成tracr核酸構築物は、発現カセット内に包含される、
キット。
A kit according to claim 32 or claim 36, wherein
The synthetic tracr nucleic acid construct is contained within an expression cassette,
kit.
請求項33または請求項37のキットであって、
前記合成CRISPR核酸構築物は、発現カセット内に包含される、
キット。
The kit of claim 33 or claim 37, wherein
The synthetic CRISPR nucleic acid construct is contained within an expression cassette,
kit.
請求項34または請求項38のキットであって、
前記CRISPR核酸アレイは、発現カセット内に包含される、
キット。
The kit of claim 34 or claim 38, wherein
The CRISPR nucleic acid array is contained within an expression cassette,
kit.
請求項35または請求項39のキットであって、
前記キメラ核酸構築物は、発現カセット内に包含される、
キット。
40. The kit of claim 35 or claim 39, wherein
The chimeric nucleic acid construct is contained within an expression cassette,
kit.
請求項40のキットであって、
前記合成tracr核酸構築物、前記合成CRISPR核酸構築物および/または前記CRISPR核酸アレイは、1つまたは複数の発現カセット内に包含される、
キット。
The kit of claim 40, wherein
The synthetic tracr nucleic acid construct, the synthetic CRISPR nucleic acid construct and/or the CRISPR nucleic acid array is contained within one or more expression cassettes,
kit.
請求項32または請求項36のキットであって、
CRISPRアレイを生成するためのプライマーをさらに含む、
キット。
A kit according to claim 32 or claim 36, wherein
Further comprising primers for generating a CRISPR array,
kit.
請求項32から46のいずれか一項のキットであって、
Cas9ヌクレアーゼをさらに含む、
キット。
The kit according to any one of claims 32 to 46,
Further comprising a Cas9 nuclease,
kit.
請求項32から35のいずれか一項のキットであって、
請求項5から11のいずれか一項のCas9ヌクレアーゼをさらに含む、
キット。
The kit according to any one of claims 32 to 35,
Further comprising the Cas9 nuclease of any one of claims 5 to 11,
kit.
請求項36から39のいずれか一項のキットであって、
請求項5または請求項11のCas9ヌクレアーゼをさらに含む、
キット。
A kit according to any one of claims 36 to 39, wherein
Further comprising the Cas9 nuclease of claim 5 or claim 11,
kit.
請求項32から49のいずれか一項のキットであって、使用のための説明書をさらに含む、
キット。
50. The kit of any one of claims 32-49, further comprising instructions for use,
kit.
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