JP2022106883A - Methods and compositions for sequences guiding cas9 targeting - Google Patents

Methods and compositions for sequences guiding cas9 targeting Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide methods and compositions for increasing the efficiency and specificity of synthetic type II CRISPR-Cas systems that improve efficiency and specificity for genome editing and other uses.
SOLUTION: A synthetic trans-encoded CRISPR(tracr) nucleic acid (e.g. tracrRNA. tracrDNA) construct comprises, in a direction from 5' to 3', an optional anti-zipper sequence, a bulge sequence, an anti-stitch sequence, a nexus sequence, and a hairpin sequence, the hairpin comprising at least three matched base pairs, wherein the anti-zipper sequence, when present, is 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.
SELECTED DRAWING: None
COPYRIGHT: (C)2022,JPO&INPIT

Description

特許法第30条第2項適用申請有り 2014年10月16日、下記のウエブサイトにて公開 http://www.cell.com http://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(14)00751-5Application for application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Law has been submitted. Published on the following website on October 16, 2014. http: // www. cell. com http: // www. cell. com / molecular-cell / fulltext / S1097-2765 (14) 00751-5

[優先権の陳述]
本出願は、2014年1月24日に出願された米国仮出願第61/931,515号の、合衆国法典第35巻第119条(e)の下での利益を主張し、その内容全体は、参照により本明細書中に援用される。
[本発明の分野]
本発明は、合成CRISPR-casシステムおよびゲノム編成のためのその使用方法に関する。
[Priority statement]
This application claims the interests of US Provisional Application No. 61 / 931,515 filed on January 24, 2014 under US Code Vol. 35, Section 119 (e), the entire content of which is in its entirety. , Incorporated herein by reference.
[Field of the present 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。 Crustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR), in combination with related sequences (cas), constitute the CRISPR-Cas system and impart adaptive immunity in many bacteria. CRISPR-mediated immunization occurs through the uptake of DNA from invasive genetic factors such as plasmids and phages as novel "spacers".

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 the cas gene, and adaptive immunity to invasive genetic factors such as phages and plasmids through sequence-specific targeting and interference. Provided (Barrangou et al. 2007. Science. 315: 1709-1712; Browns et al. 2008. Science 321: 960-4; Harbor and Barrangou. 2010. System. 327: 167-70; Marraffin. System. 322: 1843-1845; Baya et al. 2011. Annu. Rev. Genet. 45: 273-297; Turns and Turns. 2011. Curr. Opin. Microbiol. 14: 321-327; Westra et al. 2012. Annu. Rev. Genet. 46: 311-339; Barrangou R. 2013. RNA. 4: 267-278). Typically, invasive DNA sequences are acquired as new "spacers" (Barrangou et al. 2007. Science. 315: 1709-1712), each paired with a CRISPR repeat and a new repeat at the CRISPR locus. Inserted as a spacer unit. The repeat-spacer array is subsequently transcribed as a long pre-CRISPR RNA (pre-crRNA) (Browns et al. 2008. Science 321: 960-4), which drives sequence-specific recognition with low molecular weight interfering CRISPR RNA (Browns et al. 2008. Science 321: 960-4). It is processed into crRNA). Specifically, crRNA guides the nuclease towards complementary targets for sequence-specific nucleic acid cleavage mediated by Cas endonucleases (Garneau et al. 2010. Nature. 468: 67-71; Haurwitz et. al. 2010. Science. 329: 1355 to 1358; Saplanauskas et al. 2011. Nucleic Acid Res. 39: 9275-928; Jinek et al. 2012. Science. 337: 816-821; Gasinus et al. Natl. Acad. Sci. 109: E2579-E2586; Magadan et al. 2012. PLoS One. 7: e40913; Karvelis et al. 2013. RNA Biol. 10: 841-851). These extensive systems occur in nearly half of the bacteria (about 46%) and the majority of archaea (about 90%). They are based on the cas gene content, the organization and diversity in the biochemical processes that drive crRNA biosynthesis, and the Cas protein complex that mediates target recognition and cleavage, and they are the three major CRISPR-Cas. It is classified into the type of system (Makarova et al. 2011. Nature Rev. Microbiol. 9: 467-477; Makarova et al. 2013. Nuclear Acid Res. 41: 4360-4377). In types I and II, a special Cas endonuclease treats the pre-crRNA and then assembles into a large multi-Cas protein complex capable of recognizing and cleaving a nucleic acid complementary to the crRNA. A different process relates to the Type II CRISPR-Cas system. Here, the pre-CRNA is processed by a mechanism by which a transactivated crRNA (tracrRNA) hybridizes to the repeat region of the crRNA. The hybridized crRNA-tracrRNA is cleaved by RNase III, followed by a second event that removes the 5'end of each spacer, producing a mature crRNA that remains bound to both tracrRNA and Cas9. The mature complex then cleaves both strands in search of the target dsDNA sequence (“protospacer” sequence) complementary to the spacer sequence within the complex. Target recognition and cleavage by the complex in a 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 of the protospacer sequence. It also requires a protospacer flanking motif (PAM) sequence located at the 3'end. The exact PAM sequence required can differ between different type II systems.

本開示は、合成II型CRISPR-Casシステムの効率および特異性を高め、ゲノム編成および他の用途の効率および特異性を改善する、方法および組成物を提供する。 The present disclosure provides methods and compositions that enhance the efficiency and specificity of synthetic type II CRISPR-Cas systems and improve the efficiency and specificity of genomic organization and other uses.

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 an optional anti-zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 5'to 3'direction; a bulge sequence containing at least about 3 nucleotides; an anti-zipper sequence containing a nucleotide sequence of NNANN. -Stitch sequence; 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 GAUAAGGCCUU), 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 transcoded 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 is provided, wherein the hairpin comprises at least 3 Contains matching base pairs
Here, the anti-zipper sequence, if present, is located just upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located just upstream of the anti-stitch sequence, and the anti-stitch sequence is just upstream of the nexus sequence. It is located and the nexus sequence is located just 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 containing at least about 3 nucleotides in the 3'to 5'direction (hybrid to the anti-zipper of tracrRNA, if any), at least two. A bulge sequence containing a nucleotide (eg, a (-NN-) nucleotide sequence), a stitch sequence containing a NNTN (or NNUNN) nucleotide sequence that hybridizes to the anti-stitch of tracrRNA , a GR1 containing a nucleotide G or GTT, And a synthetic CRISPR nucleic acid (eg,) comprising a spacer sequence having 5'ends and 3'ends, the 3'end containing at least 7 nucleotides having 100% identity with the target DNA. crRNA, crDNA ) constructs, the zipper sequence, if present, is located just upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located just upstream of the stitch sequence, and the stitch sequence is just upstream of GR1. It is located and GR1 is located just 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 on each other on the nucleotide sequence. Located immediately next to each other, 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. 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 the synthetic tracr nucleic acid construct of the invention and the synthetic CRISPR nucleic acid construct of the invention, wherein, if present, the zipper sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct. , At least about 70% complementary and hybridized to the anti-zipper sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct, and the stitch sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is 100% complementary and hybridized 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 the chimeric nucleic acid construct of the present disclosure or an expression cassette containing the chimeric nucleic acid construct with the target DNA in the presence of Cas9 nuclease, thereby by hybridization of the spacer sequence to the target DNA. Provided is a method for site-specific cleavage of a double-stranded target DNA, which comprises a step of causing site-specific cleavage of the target DNA within a defined region.

本発明の第6の態様は、トランスコード化CRISPR(tracr)核酸分子およびCRISPR核酸分子を、Cas9ヌクレアーゼの存在下で標的DNAと接触させるステップを含む、二本鎖標的DNAの部位特異的切断のための方法を提供し、
ここで、(a)tracr核酸分子は、5’から3’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む随意的な抗-ジッパー配列;少なくとも約3個のヌクレオチドを含むバルジ配列;NNANNのヌクレオチド配列を含む抗-ステッチ配列;TNANNC、T(A/C)A(A/G)(G/A)C、TCAAAC、TAAGGC、GATAAGG、GATAAGGCTT、TCAAG、TCAAGCAA、T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)、GATAAGGCCATGCC、TAAGGCTAGTCC、TCAAGCAAAGC、またはTCAAACAAAGCTTCAGCのヌクレオチド配列を含むネクサス配列;および、少なくとも2つのヘアピンを有するヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を含む、ヌクレオチド配列によりコードされ、各ヘアピンは、少なくとも3個の一致する塩基対を含み、抗-ジッパー配列は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、抗-ステッチ配列は、ネクサス配列のすぐ上流に位置し、および、ネクサス配列は、ヘアピン配列のすぐ上流に位置する;および
(b)CRISPR核酸分子は、3’から5’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む随意的なジッパー配列、少なくとも2個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列(例えば(-NN-)のヌクレオチド配列)を含むバルジ配列、NNTNN(またはNNUNN)のヌクレオチド配列を含むステッチ配列、ヌクレオチドGまたはGTTを含むGR1、および、5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の同一性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列を含む、ヌクレオチド配列によりコードされ、ジッパー配列は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、GR1のすぐ上流に位置し、および、GR1は、スペーサー配列のすぐ上流に位置する、および、
さらにここで、抗-ジッパー配列およびジッパー配列が存在する場合は、それらは互いにハイブリダイズし、抗-ステッチ配列およびステッチ配列は互いにハイブリダイズし、CRISPR核酸分子のスペーサー配列は、標的DNAの少なくとも一部(例えば、前記標的DNAの少なくとも約7個の連続したヌクレオチド(例えば、約7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20個など、および、その中の任意の範囲または変動)(標的DNA上のプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)に隣接する)と、少なくとも約80%相補でありハイブリダイズし、それにより、標的DNAに対するCRISPR核酸分子のスペーサー配列の相補結合により規定される領域内で、標的DNAの部位特異的切断を生じさせる。したがって、代表的な実施態様では、CRISPR核酸分子のスペーサー配列は、PAMに隣接する標的DNA配列の一部にハイブリダイズし、標的配列は、標的DNA配列の約7個~約20個の連続したヌクレオチドを含む、から本質的になる、またはからなることができる。
A sixth aspect of the invention involves site-specific cleavage of double-stranded target DNA, comprising contacting a transcoded CRISPR (tracr) nucleic acid molecule and a CRISPR nucleic acid molecule with the target DNA in the presence of Cas9 nuclease. Providing a way for
Here, (a) the tracr nucleic acid molecule is an optional anti-zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 5'to 3'direction; a bulge sequence containing at least about 3 nucleotides; NNANN nucleotides. Anti-stitch sequence including sequence; 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), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAGCAAAGC, or a nexus sequence containing a nucleotide sequence of TCAAACAAAGCTTCAGC; and a hairpin sequence containing a nucleotide sequence having at least two hairpins. Encoded by the nucleotide sequence, each hairpin contains at least three matching base pairs, the anti-zipper sequence is located just upstream of the bulge sequence, and the bulge sequence is just upstream of the anti-stitch sequence. Located, the anti-stitch sequence is located just upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located just upstream of the hairpin sequence; and (b) CRISPR nucleic acid molecules are in the 3'to 5'direction. , An optional zipper sequence containing at least about 3 nucleotides, a bulge sequence containing a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides (eg, a (-NN-) nucleotide sequence), a NNTNN (or NNUNN) nucleotide sequence. A stitch sequence, GR1 containing nucleotides G or GTT, and a spacer sequence having 5'and 3'ends , at least 7 nucleotides having 100% identity with the target DNA at the 3'end. Encoded by a nucleotide sequence, including a spacer sequence containing, the zipper sequence is located just upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located just upstream of the stitch sequence, and the stitch sequence is located just upstream of GR1 . , And GR1 is located just upstream of the spacer sequence, and
Further here, if anti-zipper sequences and zipper sequences are present, they will hybridize with each other, the anti-stitch and stitch sequences will hybridize with each other, and the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule will be at least one of the target DNAs. Part (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 within it), which is at least about 80% complementary and hybridizes with the protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA, thereby 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. Therefore, in a typical embodiment, the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule is one of the target DNA sequences flanking the PAM. Hybridized in portions, the target sequence may consist essentially of, or may consist of, containing 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 a double-stranded target DNA, comprising contacting the double-stranded target DNA with a chimeric nucleic acid comprising:
(A) Voluntary anti-zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 5'to 3'direction; bulge sequence containing at least about 3 nucleotides; anti-stitch sequence containing NNANN nucleotide sequence; 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 first nucleotide sequence comprising (A / G) (A / T), a nexus sequence comprising a nucleotide sequence of GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTCAGC; and a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin. The hairpin contains at least three matching base pairs, and if present, the anti-zipper sequence is located just upstream of the bulge sequence and the bulge sequence is located just upstream of the anti-stitch sequence. , The anti-stitch sequence is located just upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located just upstream of the hairpin sequence);
(B) Optional zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 3'to 5'direction (hybrid to the anti-zipper sequence of the first nucleotide sequence, if any), at least 2 A bulge sequence containing a nucleotide sequence having a nucleotide of (eg, (-NN-)), a stitch sequence containing a nucleotide sequence of NNTNN (or NNUNN ), GR1 containing a nucleotide G or GTT, and a 5'end and A second nucleotide sequence (the zipper sequence is present) that comprises a spacer sequence having a 3'end, the 3'end containing a spacer sequence containing at least 7 nucleotides having 100% complementarity with the target DNA. If so, it is located just upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located just upstream of the stitch sequence, the stitch sequence is located just upstream of GR1 , and GR1 is just upstream of the spacer sequence. Located); and
(C) A third nucleotide sequence encoding an amino acid sequence having at least 80% identity with the amino acid sequence encoding the Cas9 nuclease,
Here, if an anti-zipper sequence and a zipper sequence are present, they hybridize with 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 with a portion (eg, at least about 7 contiguous nucleotides of the target DNA, preferably up to about 20 contiguous nucleotides) (adjacent to the protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA). This results in 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。 An eighth aspect of the present invention comprises a method of site-specific targeting of a target polypeptide against a double-stranded (ds) target DNA, targeting the chimeric nucleic acid construct of the present disclosure or an expression cassette containing the chimeric nucleic acid construct. It comprises the step of contacting the DNA and thereby targeting the target polypeptide fused to Cas9 to a specific site on the target DNA, the 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 present invention comprises a method of site-specific targeting of a target polypeptide on a double-stranded (ds) target DNA.
Including the step of contacting a transcoded CRISPR (tracr) nucleic acid molecule and a CRISPR nucleic acid molecule with a target DNA in the presence of Cas9 nuclease, wherein
(A) The tracr nucleic acid molecule comprises an optional anti-zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 5'to 3'direction; a bulge sequence containing at least about 3 nucleotides; a nucleotide sequence of NNANN. Anti-stitch sequence; T (A / C) A (A / G) (G / A) C, TCAAAC, TAAGGC, GATAAGG, GATAAGGCTT, TCAAG, TCAAGCAA, T (C / A) AA (A / C) (C) / A) (A / G) (A / T), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAGCAAAGC, or a nexus sequence containing a nucleotide sequence of TCAAACAAAGCTTCAGC; Coded, the hairpin contains at least three matching base pairs, the anti-zipper sequence, if present, is located just upstream of the bulge sequence, and the bulge sequence is just upstream of the anti-stitch sequence. Located, the anti-stitch sequence is located just upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located just upstream of the hairpin sequence; and
(B) The CRISPR nucleic acid molecule is an optional zipper sequence containing at least about 3 nucleotides that hybridize to the anti-zipper sequence in the 3'to 5'direction, a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides (eg,). A bulge sequence containing (-NN-) nucleotide sequence), a stitch sequence containing a nucleotide sequence of NNTNN, GR1 containing nucleotide G or GTT, and a spacer sequence having 5'ends and 3'ends , wherein 3 'Encoded by a nucleotide sequence, including a spacer sequence containing at least 7 nucleotides having 100% identity with the target DNA at the end, the zipper sequence, if present, is located just upstream of the bulge sequence and is bulge. The sequence is located just upstream of the stitch sequence, the stitch sequence is located just upstream of GR1 , and GR1 is located just upstream of the spacer sequence, and
Further, here, Cas9 nuclease contains a mutation within the HNH active site motif, a mutation within the RuvC active site motif, is fused to the polypeptide of interest, and the anti-zipper and zipper sequences hybridize to each other, if present. The anti-stitch sequence hybridizes to the stitch sequence, and the spacer sequence hybridizes to at least a portion of the target DNA flanking the protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA, thereby relative to the target DNA. Within the region defined by hybridization of the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule, site-specific targeting of the target polypeptide to the target DNA occurs.

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。 Also provided herein are expression cassettes, cells and kits containing 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 described 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。The multi-sequence alignment for the nexus module is shown. ネクサスモジュールに関する最大尤度ツリーを示す。Shows the maximum likelihood tree for the 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-3D show a consensus sequence for the nexus module. FIG. 3A shows a consensus sequence for the Sth Cr1 group, FIG. 3B shows a consensus sequence for the Sth Cr3 group, FIG. 3C shows a consensus sequence for the Lrh group, and FIG. 3D shows a 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。The multi-sequence alignment for the anti-stitch module is shown. 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 sequence for anti-stitch modules. FIG. 6A shows a consensus sequence for the Sth Cr1 group, FIG. 6B shows a consensus sequence for the Sth Cr3 group, FIG. 6C shows a consensus sequence for the Lrh group, and FIG. 6D shows a 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。The multi-sequence alignment for the bulge module is shown. 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 a consensus sequence for the bulge module. FIG. 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。The multi-sequence alignment for the zipper module is shown. ジッパーモジュールに関する最大尤度ツリーを示す。Shows the maximum likelihood tree for the 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。Multiple sequence alignments for bulge, anti-stitch and nexus modules are shown. 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。Details of the sequence and structure 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。Details of the sequence and structure of the CRISPR-Cas system factor of Lactobacillus buchneri are shown and represent 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。Details of the sequence and structure 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。Details of the sequence and structure 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。Details of the sequence and structure of the CRISPR-Cas system factor of Lactobacillus rhhamnosus 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。Details of the sequence and structure of the CRISPR-Cas system factor of Lactobacillus animalis are shown and represent 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。Details of the sequence and structure of the CRISPR-Cas system factor of Lactobacillus casei are shown and represent 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。Details of the sequence and structure of the CRISPR-Cas system factor of Lactobacillus gasseri are shown and represent 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。Details of the sequence and structure of the CRISPR-Cas system factor of Lactobacillus jensenii are shown and represent 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。Details of the sequence and structure of the CRISPR-Cas system factor of Lactobacillus pentosus are shown and represent 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。Details of the sequence and structure of the CRISPR-Cas system factor of Streptococcus pyrogenes M1 GAS are shown. 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。The confluence between tracrRNA (left), CRISPR repeat (center) and Cas9 (right) sequence clustering is shown. Consistent grouping into the three families is seen across the three phylogenetic trees based on the sequence. 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. FIG. 24A shows a phylogenetic tree based on Cas9 protein sequences from various Streptococcus and Lactobacillus species. The sequences were clustered into three families of blue, orange and green. FIG. 24B shows the consensus sequence and secondary structure of predictive guide RNAs for each family. Each consensus RNA consists of crRNA (left) base paired with tracrRNA. Fully conserved bases are in color, variable bases are black (two possible bases), or are represented by black dots (at least three possible bases), and are always present. The base positions that are not the same are circled. The circles between the positions indicate base pairs that are 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。Shows CRISPR repeat sequence alignment. For each cluster, CRISPR repeat sequence alignment is shown, along with conserved consensus nucleotides designated under each family of the Sth3 (top), Sth1 (center) 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。The tracrRNA sequence alignment is shown. For each cluster, experimentally determined or computer-predicted tracrRNA sequence alignment is shown, along with conserved consensus nucleotides designated under each family of the Sth3 (top), Sth1 (center) 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。The sgRNA nexus sequence alignment is shown. The universally conserved residues are colored red. The complementary nucleotides that make up the nexus stem summarized in FIG. 24B are underlined. The nucleotides that make up the nexus loop are in the middle 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 self-targeting assay schemes. Orthogonal Cas9 protein was provided via the pCas9 plasmid (FIG. 28A) and used as described in FIG. Various sgRNA chimeras were provided via the psgRNA plasmid (FIG. 28B) and used in combination with each of the desired Cas9s described in FIG. 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. FIG. 29A shows Streptococcus thermophilus CRISPR3-Cas9 (top, blue) and S. cerevisiae. The sgRNA sequence of thermophilus CRISPR1-Cas9 (bottom, orange) is shown. FIG. 29B shows a protospacer-targeting scheme. The expected PAM for each sgRNA is shown. The triangle indicates the estimated cutting site of each Cas9. FIG. 29C shows E.I. Cas9 in colli: chimeric-sgRNA orthogonality. Chimeric sgRNA. E. cerevisiae expressing SthCRISPR3 Cas9 (blue) and / or SthCRISPR1 Cas9 (orange). In colli, each sgRNA (left) was subjected to a transformation assay (right). The low transformation efficiency is E. coli. It shows a functional Cas9: sgRNA pair via lethal self-targeting of the colli genome. Values are from S. cerevisiae 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。Shows CRISPR interference with complementary DNA as the inability to transform a plasmid containing a protospacer sequence that matches the first wild-type CRISPR spacer sequence in Lactobacillus gasseri. Bold sequences flanked by PAMs (light gray italic nucleotides) and variants thereof (single nucleotide polymorphisms (SNPs); black underlined nucleotides) are protospacers. The low number of transformants represents the Lga CRISPR system of activity that interferes with the 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。It shows CRISPR interference with complementary DNA as an inability to transform a plasmid containing a protospacer sequence that matches the first wild-type CRISPR spacer sequence in Lactobacillus casei. Bold sequences flanked by PAMs (light gray italic nucleotides) and variants thereof (SNPs, black underlined nucleotides) are protospacers. The low number of transformants represents the Lca CRISPR system of activity that interferes with the 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。It shows CRISPR interference with complementary DNA as an inability to transform a plasmid containing a protospacer sequence that matches the first wild-type CRISPR spacer sequence in Lactobacillus rhamnosus. Bold sequences flanked by PAMs (light gray italic nucleotides) and variants thereof (SNPs, black underlined nucleotides) are protospacers. The low number of transformants represents the Lra CRISPR system of activity that interferes with the 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。 Here, the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings and examples showing embodiments of the present invention. The description is not intended to be a detailed list of all the different methods in which the invention can be practiced or all the features that can be added to the invention. For example, the features described for one embodiment may be incorporated into another embodiment and the features described for a particular embodiment may be eliminated from that embodiment. Therefore, the present invention expects that in some embodiments of the present invention, any feature or combination of features set forth herein can be excluded or omitted. In addition, numerous changes and additions to the various embodiments suggested herein are apparent to those skilled in the art in the light of the present disclosure and do not deviate from the present invention. Therefore, the following description is intended to illustrate some particular embodiments of the invention, not to thoroughly identify all sorts, combinations and modifications thereof.

別段の定義がない限り、本明細書で用いられる全ての技術的および科学的用語は、本発明が属する分野における通常の知識を有する者により一般に理解されるのと同一の意味を有する。本明細書において本発明の説明で用いられる専門用語は、特定の実施態様を説明する目的のみであり、本発明の限定を意図しない。 Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those with ordinary knowledge in the field to which the invention belongs. The terminology used in the description of the present invention herein is for the sole purpose of describing a particular embodiment 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 herein are incorporated by reference in their entirety with respect to the teachings associated with the sentences and / or paragraphs in which the references are indicated.

文脈が別段の提示をしない限り、本明細書に記載の本発明の様々な特徴は任意の組み合わせで用いることができることが、明確に意図される。さらに、本発明は、本発明の一部の実施態様において、本明細書に示される任意の特徴または特徴の組み合わせを除外または省略することができることも期待する。説明するために、明細書が、組成物は構成要素A、BおよびCを含むと記述する場合、A、BまたはCのいずれか、またはそれらの組み合わせは、単独または任意の組み合わせで省略および放棄することができることが、明確に意図される。 It is expressly intended that the various features of the invention described herein can be used in any combination, unless the context provides otherwise. Furthermore, it is also expected that in some embodiments of the invention, any feature or combination of features set forth herein can be excluded or omitted. For illustration purposes, where the specification states that the composition comprises components A, B and C, either A, B or C, or a combination thereof, may be omitted and abandoned alone or in any combination. It is clearly intended to be able to.

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。 The singular forms "a", "an" and "the" as used in the description of the present invention and the accompanying claims are intended to include the plural forms as well, unless the context explicitly states 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" is any and all possible combinations of one or more related listed matters and, when interpreted selectively ("or"). Mention and include lack of combination.

本明細書において用いられる用語「約」は、用量または期間などの測定可能な値を言及する場合、規定量の±20%、±10%、±5%、±1%、±0.5%、または実に±0.1%の変動を言及する。 The term "about" as used herein refers to a measurable value such as dose or duration of ± 20%, ± 10%, ± 5%, ± 1%, ± 0.5% of a defined 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。 Terms such as "between X and Y" and "between about X and Y" as used herein should be construed to include X and Y. be. As used herein, terms such as "between about X and Y" mean "between about X and about Y" and "from 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 a non-complementary (non-hybridizing) nucleotide sequence contained in a synthetic tracr nucleic acid construct and a synthetic CRISPR nucleic acid construct / CRISPR nucleic acid array. In synthetic tracr nucleic acid constructs, the bulge sequence is located between the anti-zipper and anti-stitch sequences and is non-complementary (100% non-identical) 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; for example, about 3 to about 6 nucleotides, about 3 to about 5 nucleotides, about 3 to It consists of about 4 nucleotides, etc.). 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 contains at least two nucleotides (eg, (-NN-) nucleotide sequence) ( 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 Containing (such as 1 nucleotide, about 3 to about 5 nucleotides, etc.), and essentially consisting of, or consisting of. Nucleotide compositions of bulge sequences are at least two (synthetic CRISPR nucleic acid constructs / CRISPR nucleic acid arrays) or 3 in any series, unless they are complementary (eg, 100% non-identical) and thereby hybridize with each other. It may be more than one (synthetic tracr nucleic acid construct) nucleotides. When anti-zipper and zipper sequences and anti-stitch and stitch sequences are aligned and hybridized as a result of non-complementary bulge sequences on synthetic tracr nucleic acid constructs and synthetic CRISPR nucleic acid constructs / CRISPR nucleic acid arrays (in chimeric nucleic acid constructs). As), protrusions or bulges are formed on the synthetic tracr nucleic acid construct side of the chimeric nucleic acid construct (see, eg, FIGS. 12-16). Although not bound by any particular theory, it is believed that the bulge structure may be involved in the functioning of the CRISPR-Cas system.

本明細書において用いられる用語「含む(comprise)」、「含む(comprises)」および「含む(comprising)」は、記述された特徴、整数、ステップ、操作、因子、および/または構成要素の存在を特定するが、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、因子、構成要素、および/またはそれらの群の存在または追加を妨げない。 As used herein, the terms "comprise," "comprises," and "comprising" refer to the presence of described features, integers, steps, operations, factors, and / or components. Identifies, but does not preclude the existence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, factors, components, and / or groups thereof.

本明細書において用いられる暫定の語句「から本質的になる」は、請求項の範囲が、請求項に挙げられた特定の物質またはステップおよび特許請求の範囲に記載された発明の基本的かつ新規の特徴(単数または複数)を実質的に影響しないものを包含すると解釈されることを意味する。したがって、用語「~から本質的になる」は、本発明の請求項において用いられる場合、「含む(comprising)」と同等であると解釈されることを意図しない。 As used herein, the tentative phrase "becomes essential" is the basic and novel of the invention in which the scope of the claims is the particular substance or step set forth in the claims and the claims. It means that it is interpreted as including those that do not substantially affect the characteristics (s) of. Therefore, the term "becomes essential from" is not intended to be construed as equivalent to "comprising" as used in the claims of the present invention.

「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 cleavage in the CRISPR Cas system. These polypeptides are well known in the art and many of their structures (sequences) have been characterized (see, eg, 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 the role of nicking the (-) strand, and the HNH domain has the role of nicking the (+) strand (eg, Gasinasetal.PNAS 109 (36): E2579-E2586 (September 4, 2012)). reference).

本明細書において用いられる「キメラ」は、少なくとも2つの構成要素が異なる起源(例えば、異なる生物、異なるコード領域)から得られた核酸分子またはポリペプチドを指す。 As used herein, "chimera" refers to a nucleic acid molecule or polypeptide in which at least two components are derived from different origins (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%, It can mean complementarity of 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。 As used herein, the term "complementarity" or "complementarity" refers to the natural binding of a polynucleotide under acceptable 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" to which only a portion of the nucleotides bind, 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, "contact," "contact," "contact," and their grammatical changes are the desired reactions (eg, site-specific for the polypeptide of interest). Refers to co-locating the components of the desired reaction under conditions suitable for 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 "part" of the nucleotide sequence of the invention is shorter in length with respect to the reference nucleic acid or nucleotide sequence (eg, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, It is understood to mean a nucleotide sequence (9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 or more nucleotides shortened) and is identical to the reference nucleic acid or nucleotide sequence. Or almost identical (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% same) Containing the nucleotide sequence of contiguous nucleotides, consisting essentially of, and / or consisting of. Such nucleic acid fragments or portions according to the present invention may, where appropriate, be contained in a larger polynucleotide of which it is a component. Thus, for example, hybridizing to at least a portion of the target DNA (or hybridizing to, and other grammatical changes thereof) is identical to the length of contiguous nucleotides in the target DNA. Alternatively, it refers to hybridization to substantially the same nucleotide sequence.

本明細書において用いられる「GR1」は、合成CRISPER核酸構築物またはcrRNAのリピート部分に含まれる、単一ヌクレオチド(G)または短い3個のヌクレオチド配列(GTT)である。GR1は、本開示の合成tracr核酸構築物またはtracrRNAの抗-リピートとハイブリダイズしない。しかしながら、非標準的なワトソンクリック塩基対合スキームでは、GR1は、tracrRNAの抗-CRISPRリピート部分の末端でUと揺らぎ塩基対を形成し得る。 As used herein, "GR1" is a single nucleotide (G) or three short nucleotide sequences (GTT) contained in the repeat portion of a synthetic CRISPR nucleic acid construct or crRNA . GR1 does not hybridize to the anti-repeat of synthetic tracr nucleic acid constructs or tracrRNAs of the present disclosure. However, in a non-standard Watson-Crick base pairing scheme, GR1 can form wobble base pairs with U at the ends 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 oligodeoxyribonucleotide (AMO), and the like. The gene may or may not be used to produce a functional protein or gene product. The gene may contain 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", thereby meaning a nucleic acid that is substantially or essentially free from the components normally found in binding to the nucleic acid in its natural state. Such components include other cellular materials, culture media by recombinant production, and / or various chemicals used in the chemical synthesis of nucleic acids.

本明細書において用いられる「ヘアピン配列」は、ヘアピンを含むヌクレオチド配列である。ヘアピン(例えば、ステム-ループ、フィード-バック)は、いずれか側に一本鎖領域がさらに隣接する二本鎖を形成するヌクレオチドの領域を含む二次構造を有する核酸分子を指す。そのような構造は当技術分野でよく知られている。当技術分野で知られているように、二本鎖領域は、塩基対合内にいくつかのミスマッチを含んでよく、または完全に相補であってよい。本開示の一部の実施態様では、核酸構築物のヘアピン配列は、合成tracr核酸構築物の3’末端で「ネクサス配列」のすぐ下流に位置する。いかなる特定の理論にも拘束されずに、ヘアピンは、crRNA-tracrRNA複合体へのCas9結合に関与し得ると考えられる(例えば、合成CRISPR核酸構築物-合成 As used herein, a "hairpin sequence" is a nucleotide sequence that includes 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 forms a double strand with a single strand region further adjacent to either side. Such structures are well known in the art. As is known in the art, the double-stranded region may contain some mismatch within base pairing or may be completely complementary. In some embodiments of the disclosure, the hairpin sequence of the nucleic acid construct is located at the 3'end of the synthetic tracr nucleic acid construct, just downstream of the "nexus sequence". Without being bound by 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-synthesis).

「異種」または「組み換え」ヌクレオチド配列は、それが導入される宿主細胞と天然には関係しないヌクレオチド配列であり、天然起源ヌクレオチド配列の非天然起源多重コピーを含む。 A "heterologous" or "recombinant" nucleotide sequence is a nucleotide sequence that is not naturally related to the host cell into which it is introduced and comprises a non-naturally occurring multiple copy of the naturally occurring nucleotide sequence.

相同性を有する異なる核酸またはタンパク質は、本明細書において「ホモログ」と呼ぶ。ホモログという用語は、同一および他の種由来の相同配列および同一および他の種由来のオルソロガス配列を含む。「相同性」は、位置同一性(すなわち配列類似性または同一性)のパーセントの観点からの、2以上の核酸および/またはアミノ酸配列の間の類似性のレベルを指す。また、相同性は、異なる核酸またはタンパク質間の類似の機能特性の概念を指す。したがって、本発明の組成物および方法は、本発明のヌクレオチド配列およびポリペプチド配列に対するホモログをさらに含む。本明細書において用いられる「オルソロガス」は、種分化の間に共通の祖先遺伝子から生じる異なる種における相同ヌクレオチド配列および/またはアミノ酸配列を指す。本発明のヌクレオチド配列のホモログは、本発明の前記ヌクレオチド配列と実質的な配列同一性(例えば、少なくとも約70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、および/または100%)を有する。したがって、例えば、本発明で有用なCas9ポリペプチドのホモログは、本明細書に提供されるCas9配列のいずれか1つと約70%相同またはそれより高くてよい。 Different nucleic acids or proteins with homology are referred to herein as "homologs". The term homolog includes homologous sequences from the same and other species and orthologous sequences from the same and other species. "Homology" refers to the level of similarity between two or more nucleic acid and / or amino acid sequences in terms of a percentage of position identity (ie sequence similarity or identity). Homology also refers to the concept of similar functional properties between different nucleic acids or proteins. Therefore, 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 a homologous nucleotide sequence and / or amino acid sequence in a different species that arises from a common ancestral gene during speciation. The homologue of the nucleotide sequence of the present invention has substantial sequence identity (eg, at least about 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%) with the nucleotide sequence of the present invention. , 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94 %, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, and / or 100%). Thus, for example, the homologue of the Cas9 polypeptide useful in the present invention may be about 70% homologous 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, hybridization, hybridization, and their grammatical changes are two fully complementary nucleotide sequences or some mismatched bases. Refers to the binding of substantially complementary sequences in which a pair can exist. Hybridization conditions are well known in the art and vary based on the length of the nucleotide sequences and the degree of complementarity between the nucleotide sequences. In some embodiments, the conditions of hybridization may be high stringency, or they may be medium stringency or low stringency, depending on the length of the sequence to be hybridized and the amount of complementarity. May be. The conditions that make up low, medium and high stringency with respect to the purpose 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 Y

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 "increased," "increasing," "increased," "enhanced," "enhanced," and "enhanced." 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 higher 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" are DNAs that are exogenous to the bacterium (eg, but not limited to viruses, bacteriophages, and / or plasmids). It means a genetic factor derived from a pathogen 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。 A "natural" or "wild" nucleic acid, nucleotide sequence, polypeptide or amino acid sequence refers to a naturally occurring or endogenous nucleic acid, nucleotide sequence, polypeptide or amino acid sequence. Thus, for example, "wild-type mRNA" is an mRNA that is naturally occurring or endogenous in the organism. A "homologous" nucleic acid sequence is a nucleotide sequence that is naturally associated with the host cell into which it is introduced.

本明細書において用いられる「ネクサス配列」は、合成tracr核酸構築物内の「抗-ステッチ配列」のすぐ下流に位置するヌクレオチド配列を指す。ネクサスは、長さが約6~10個のヌクレオチドであり、高保存配列:TNANNCを含む。一部の実施態様では、ネクサスは、T(A/C)A(A/G)(G/A)C(またはU(A/C)A(A/G)(G/A)C))、GATAAGGCTT(またはGAUAAGGCUU)、TCAAGCAA(またはUCAAGCAA)、またはT(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)(またはU(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/U))のヌクレオチド配列であってよい。いかなる特定の理論にも拘束されずに、配列保存に基づき、ネクサスは、Cas9直交性および認識において重要であり得ると考えられる。 As used herein, "nexus sequence" refers to a nucleotide sequence located just downstream of an "anti-stitch sequence" within a synthetic tracr nucleic acid construct. Nexus is about 6-10 nucleotides in length and contains the highly conserved sequence: TNANNC. In some embodiments, the nexus is a 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) It may be a nucleotide sequence of (A / C) (C / A) (A / G) (A / U)). Without being bound by any particular theory, based on sequence conservation, it is believed that nexus can 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" are linear or branched single- or double-stranded RNAs or Refers to DNA, or a hybrid thereof. The term also includes RNA / DNA hybrids. If dsRNA is produced synthetically, uncommon bases such as inosine, 5-methylcytosine, 6-methyladenine, hypoxanthine and others may also be used for antisense, dsRNA, and ribozyme pairings. can. For example, polynucleotides containing C-5 propin analogs of cytidine and uridine have been shown to bind RNA with high affinity and be potent antisense inhibitors of gene expression. Other modifications, such as phosphodiester main chains, or modifications to 2'-hydroxy within the ribose glycosyl group of RNA can also be made. The nucleic acid constructs of the present disclosure may be DNA or RNA, but are preferably DNA. Therefore, the nucleic acid construct of the present invention can be described and used in the form of DNA, but 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。 As used herein, a "synthetic" nucleic acid or nucleotide sequence refers to a nucleic acid or nucleotide sequence that is not found in nature but is constructed by hand (as a result, 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。 As used herein, the term "nucleotide sequence" refers to a sequence of these nucleotides at the 5'to 3'end of a heteropolymer or nucleic acid molecule of a nucleotide, comprising a DNA or RNA molecule, including a cDNA, DNA fragment or portion. It comprises genomic DNA, synthetic (eg, chemically synthesized) DNA, plasmid DNA, mRNA, and antisense RNA, any of which may be single-stranded or double-stranded. The terms "nucleotide sequence", "nucleic acid", "nucleic acid molecule", "oligonucleotide" and "polynucleotide" are used interchangeably herein and also refer to a heteropolymer of nucleotides. Unless otherwise indicated, the nucleic acid molecules and / or nucleotide sequences provided herein are shown herein from left to right in the 5'to 3'direction and are US sequence rules. (Federal Regulations Code, Vol. 37, Sections 1.821 to 1.825) and World Intellectual Property Organization (WIPO) Standard ST. It is represented using a standard code for characterizing the nucleotides shown in 25. As used herein, the "5'region" can mean the region of the polynucleotide closest to the 5'end. Thus, for example, a factor within the 5'region of a polynucleotide can be located somewhere 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, the "3'region" can mean the region of the polynucleotide closest to the 3'end. Thus, for example, a factor within the 3'region of a polynucleotide can be located somewhere 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 terms "percent sequence identity" or "percent identity" are compared to the test ("subject") polynucleotide molecule (or complementary strand thereof) when the two sequences are optimally aligned. Refers to the percentage of identical nucleotides in the linear polynucleotide sequence of the referenced (“query”) polynucleotide molecule (or its complementary strand). In some embodiments, "percent identity" can refer to the percentage of the same amino acid in the 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 the 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 "reduced", "reduced", "reduced", "reducion", "dimish", "suppress" and "suppress". "Decrease" (and their grammatical changes) are, for example, at least about 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 35%, 50%, 75%, compared to controls. It shows a decrease of 80%, 85%, 90%, 95%, 97%, 98%, 99%, or 100%. In certain embodiments, the reduction cannot or 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, mutations in Cas9 nucleases increase Cas9 nuclease activity by at least about 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, as compared to controls (eg, wild-type Cas9). It can 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, for example, the repeat sequence of a wild-type CRISPR locus or synthetic CRISPR nucleic acid construct separated by a "spacer sequence". The repeat sequence is complementary (eg, 100% base pair match) or substantially complementary, eg, at least 70% complementary (eg, 70%, 71%, 72%) to the corresponding anti-repeat sequence. 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 construct of the present disclosure includes an optional "zipper sequence", "bulge sequence", "stitch sequence", and "spacer sequence". In some embodiments, the synthetic CRISPR nucleic acid construct may comprise GR1 (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 any portion of the repeat sequence located immediately upstream of the bulge sequence 3'or (in the direction of 3'to 5') within the synthetic CRISPR nucleic acid construct, at least. Approximately 3 nucleotides (eg, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, Containing, consisting of, or essentially consisting of 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 or more nucleotides, or any range or value within them. In some embodiments, the zipper arrangement may be referred to as an "upper stem". The "zipper sequence" shares sufficient complementarity with the corresponding and optional "anti-zipper sequence" located on the synthetic tracr nucleic acid construct, and thus, if present, the zipper sequence and the anti-zipper sequence. Can hybridize to each other upon contact, thereby binding the two nucleic acid constructs together. In some embodiments, the zipper / anti-zipper arrangement can be referred to as the "upper stem". The 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%, etc.). 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90% , 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, or higher). Thus, the anti-zipper sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct of the present invention is at least about 3 nucleotides that are completely or substantially complementary to the synthetic CRISPR nucleic acid construct or the corresponding zipper sequence within the 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 within it). The anti-zipper sequence is the RNase III binding site and thus comprises a nucleotide sequence well known in the art to be involved in the RNase III binding (eg, Pertzev and Nucleic Acids Res. 34 (13): 3708). -3721 (2006)).

本明細書において用いられる「配列同一性」は、2つの最適に並べられたポリヌクレオチドまたはペプチド配列が、構成要素(例えば、ヌクレオチドまたはアミノ酸)のアライメントのウインドウ全体で不変である程度を指す。「同一性」は、制限されないが:Computational Molecular Biology(Lesk, A.M.,ed.)Oxford University Press,New York(1988);Biocomputing:Informatics and Genome Projects(Smith,D.W.,ed.)Academic Press,New York(1993);Computer Analysis of Sequence Data,Part I(Griffin,A.M.,and Griffin,H.G.,eds.)Humana Press,New Jersey(1994);Sequence Analysis in Molecular Biology(von Heinje,G.,ed.)Academic Press(1987);and Sequence Analysis Primer (Gribskov,M.and Devereux,J.,eds.)Stockton Press,New York(1991)に記載のものを含む公知の方法により、容易に計算することができる。 As used herein, "sequence identity" refers to the extent to which two optimally aligned polynucleotide or peptide sequences are invariant throughout the window of component (eg, nucleotide or amino acid) alignment. "Identity" is not limited: Computational Molecular Biology (Lesk, AM, ed.) Oxford University Press, New York (1988); Biocomputing: Informatics and Genome. ) Academic Press, New York (1993); Computer Identity of Sequence Data, Part I (Griffin, AM, and Griffin, HG, eds.) Humana Genome Biology (von Heinje, G., ed.) Academic Press (1987); and Sequence Identity Primer (Gribskov, M. and Deverex, J., eds.) Known as (Gribskov, M. and Deverex, J., eds.) It can be easily calculated by the method of.

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, the "spacer sequence" is a nucleotide sequence complementary to the target DNA (eg, "protospacer sequence"). The spacer sequence is completely 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 a typical embodiment, the spacer sequence has 100% complementarity with the target DNA. In a further embodiment, the complementarity of the 3'region of the spacer sequence to the target DNA is 100%, but less than 100% in the 5'region of the spacer, so the overall complementarity of the spacer sequence to the target DNA is Less than 100%. Thus, for example, the first 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 nucleotides (seed sequences) in the 3'region of the 20 nucleotide spacer sequences will be the target DNA. It can be 100% complementary, while the remaining nucleotides in the 5'region of the spacer sequence are substantially complementary (eg, at least about 70% complementary) to the target DNA. In some embodiments, the first 7-12 nucleotides of the spacer sequence can be 100% complementary to the target DNA, while the remaining nucleotides in the 5'region of the spacer sequence are parenchyma with the target DNA. Complementary (eg, at least about 70% complementary). In other embodiments, the first 7-10 nucleotides of the spacer sequence can be 100% complementary to the target DNA, while the remaining nucleotides in the 5'region of the spacer sequence are substantially complementary to the target DNA. (For example, at least about 70% complementary). In a typical 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, "stitch sequence" refers to a nucleotide sequence that comprises, consists of, or consists of about 5 nucleotides in length and has a consensus nucleotide sequence of NNTNN. The "stitch sequence" is located on the synthetic CRISPR nucleic acid construct (in the direction of 5'to 3') just upstream of the "bulge sequence" and downstream of " GR1 ". 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 sequence is NNTNN, TTTGT, TTTTA, (T / C) (T / C) T (T / C) (T / G) (in the 5'to 3'direction). , TTTTA, contains the nucleotide sequence of TTTCA, consists of, or consists 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, the "anti-stitch sequence" is a nucleotide sequence that hybridizes perfectly complementary to the stitch sequence (eg, NNANN, ACAAA, TAAAA, (T / C) (A / G) T (A / G). ) (A / G), TAAAA, TGAAA). The anti-stitch sequence is located immediately downstream of the bulge sequence (in the 5'to 3'direction) and immediately upstream of the "nexus sequence" on the synthetic tracr nucleic acid construct. Hybridization of the stitch sequence of the synthetic crRNA construct with the anti-stitch sequence of the synthetic tracrRNA construct, without wishing to be bound by any particular theory, is involved in the reconstructed base pairing after the "bulge sequence". It is thought that. In some embodiments, the stitch / anti-stitch can be referred to as a "lower stem".

本明細書において用いられる、2つの核酸分子、ヌクレオチド配列またはタンパク質配列の関連における語句「実質的に同一」または「実質的な同一性」は、最大一致に関して比較およびアライメントした場合、以下の配列比較アルゴリズムの1つを用いた測定または目視検査により、少なくとも約70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%、および/または100%のヌクレオチドまたはアミノ酸残基同一性を有する2以上の配列またはサブシーケンスを指す。本発明の一部の実施態様では、実質的な同一性は、少なくとも約50残基~約150残基の長さである配列の領域にわたって存在する。したがって、本発明の一部の実施態様では、実質的な同一性は、少なくとも約3~約15(例えば、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15残基の長さなど、またはその中の任意の値または任意の範囲)、少なくとも約5~約30、少なくとも約10~約30、少なくとも約16~約30、少なくとも約18~少なくとも約25、少なくとも約18、少なくとも約22、少なくとも約25、少なくとも約30、少なくとも約40、少なくとも約50、約60、約70、約80、約90、約100、約110、約120、約130、約140、約150、またはそれよりも多くの残基の長さ、およびその中の任意の範囲である配列の領域にわたって存在する。代表的な実施態様では、配列は、少なくとも約22個のヌクレオチドにわたって実質的に同一であり得る。一部の特定の実施態様では、配列は、少なくとも約150残基にわたって実質的に同一である。一部の実施態様では、本発明の配列は、少なくとも約16個のヌクレオチド~約25個のヌクレオチドにわたって、約70%~約100%同一であり得る。一部の実施態様では、本発明の配列は、少なくとも約16個のヌクレオチド~約25個のヌクレオチドにわたって、約75%~約100%同一であり得る。さらなる実施態様では、本発明の配列は、少なくとも約16個のヌクレオチド~約25個のヌクレオチドにわたって、約80%~約100%同一であり得る。さらなる実施態様では、本発明の配列は、少なくとも約7個のヌクレオチド~約25個のヌクレオチドにわたって、約80%~約100%同一であり得る。一部の実施態様では、本発明の配列は、少なくとも約18個のヌクレオチドにわたって、約70%同一であり得る。他の実施態様では、配列は、約22ヌクレオチドにわたって、約85%同一であり得る。さらに他の実施態様では、配列は、約16個のヌクレオチドにわたって、100%相同であり得る。さらなる実施態様では、配列は、コード領域の長さ全体にわたって実質的に同一である。さらに、代表的な実施態様では、実質的に同一のヌクレオチドまたはタンパク質配列は、実質的に同一の機能(例えば、Cas9 HNHおよび/またはRuvCニッカーゼ活性)を発揮する。 As used herein, the terms "substantially identical" or "substantially identical" in the association of two nucleic acid molecules, nucleotide sequences or protein sequences are the following sequence comparisons when compared and aligned for maximum match. 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 a region of the sequence that is at least about 50 to about 150 residues in length. Thus, in some embodiments of the invention, the substantial identity is at least about 3 to about 15 (eg, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 13. Length of 14, 15 residues, etc., or any value or range within it), 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 the length of about 140, about 150, or more residues, and the region of the sequence which is any range within it. In a representative embodiment, the sequence 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 invention can be about 70% to about 100% identical over at least about 16 to about 25 nucleotides. In some embodiments, the sequences of the invention can be about 75% to about 100% identical over at least about 16 to about 25 nucleotides. In a further embodiment, the sequences of the invention can be about 80% to about 100% identical over at least about 16 to about 25 nucleotides. In a further embodiment, the sequences of the 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 invention can be about 70% identical over at least about 18 nucleotides. In other embodiments, the sequences can be about 85% identical over about 22 nucleotides. In yet another embodiment, the sequences can be 100% homologous over about 16 nucleotides. In a further embodiment, the sequences are substantially identical over the length of the coding region. Moreover, in typical embodiments, substantially identical nucleotide or protein sequences perform substantially identical functions (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 serves as a reference sequence to which the test sequences are compared. When using the sequence comparison algorithm, the test and comparison sequences are entered into the computer, subsequence coordinates are specified if necessary, and sequence algorithm program parameters are specified. The sequence comparison algorithm then calculates the percent sequence identity of the test sequence (s) to the reference sequence based on the specified program parameters.

比較ウインドウを並べるための最適な配列アライメントは当業者に広く知られ、Smith and Watermanのローカル相同性アルゴリズム、Needleman and Wunschの相同性アライメントアルゴリズム、Pearson and Lipmanの類似性検索方法などのツールにより、および場合により、GCG(登録商標)Wisconsin Package(登録商標)(Accelrys Inc.,San Diego,CA)の一部として利用可能なGAP、BESTFIT、FASTA、および、TFASTAなどのアルゴリズムのコンピューター実施により、行ない得る。試験配列および参照配列のアライメントされた区分の「同一性分数」は、2つの並べられた配列が共有する同一の構成要素の数を、参照配列セグメント(すなわち、参照配列全体または参照配列のより小さな規定部分)内の構成要素の全数で割った数である。パーセント配列同一性は、同一性分数に100をかけて表される。1つまたは複数のポリヌクレオチド配列の比較は、全長ポリヌクレオチド配列またはその一部に対して、または、より長いポリヌクレオチド配列に対して、され得る。本発明の目的に関し、「パーセント同一性」は、翻訳ヌクレオチド配列のためのBLASTX version 2.0およびポリヌクレオチド配列のためのBLASTN version 2.0を用いて決定されてもよい。 Optimal sequence alignment for arranging comparison windows is widely known to those skilled in the art by tools such as Smith and Waterman's local homology algorithm, Needleman and Wunsch's homology alignment algorithm, and Needleman and Lipman's similarity search method. In some cases, this can be done by computer implementation of algorithms such as GAP, BESTFIT, FASTA, and TFASTA, which are available as part of the GCG® Wisconsin Package® (Accelrys Inc., San Diego, CA). .. The "identity fraction" of the aligned compartments of the test and reference sequences is the number of identical components shared by the two arranged sequences, that is, the entire reference sequence or the smaller of the reference sequence. It is the number divided by the total number of components in the specified part). Percent sequence identity is expressed by multiplying the identity fraction by 100. Comparison of one or more polynucleotide sequences can be made to a full-length polynucleotide sequence or a portion thereof, or to a longer polynucleotide sequence. For the purposes of the present invention, "percent identity" may be determined using BLASTX version 2.0 for the translated nucleotide sequence and BLASTN version 2.0 for the polynucleotide sequence.

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 analysis is generally available through the National Center for Biotechnology Information. This algorithm identifies short words of length W in the query sequence that match or meet some positive threshold score T when lined up with words of the same length in the database array. Includes the step of first 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 a seed to initiate a search to find longer HSPs containing them. The word hit then extends 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 (benefits score for matching residue pairs; always> 0) and N (penalty score for mismatched residues; always <0). For amino acid sequences, the cumulative score is calculated using the score matrix. The extension of word hits in each direction ceases when the cumulative alignment score drops by an amount X below its maximum achieved value, and the accumulation of one or more negative score residue alignments, or the end of either sequence. Due to reaching, the cumulative score is 0 or less. The BLAST algorithm parameters W, T, and X determine the sensitivity and speed of alignment. The BLASTN program (nucleotide sequence) uses by default word length (W) 11, expected value (E) 10, cutoff 100, M = 5, N = -4, and comparison of both strands. For amino acid sequences, the BLASTP program uses word length (W) 3, expected value (E) 10, and BLOSUM62 score matrix by default (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 a statistical analysis of the similarity between the two sequences (see, eg, Karlin & Altschul, Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 90: 5873 5787 (1993)). .. One criterion for similarity provided by the BLAST algorithm is the minimum sum probability (P (N)), which provides an indication of the probability that a match will occur by chance between two nucleotide or amino acid sequences. 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. Therefore, in some embodiments of the invention, the minimum sum probability in comparing test nucleotide sequences to reference nucleotide sequences 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, the two nucleotide sequences can be considered to be substantially complementary when the two sequences hybridize to each other under stringent conditions. In some typical embodiments, the two nucleotide sequences that are considered to be substantially complementary hybridize to each other under highly stringent conditions.

サザンおよびノーザンハイブリダイゼーションなどの核酸ハイブリダイゼーション実験の関連における、「ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件」および「ストリンジェントなハイブリダイゼーション洗浄条件」は配列依存性であり、異なる環境パラメーターの下で異なる。核酸のハイブリダイゼーションに対する広範なガイドは、Tijssen Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology-Hybridization with Nucleic Acid Probes part I chapter 2“Overview of principles of hybridization and the strategy of nucleic acid probe assays”Elsevier,New York(1993)に見られる。一般に、高ストリンジェントなハイブリダイゼーションおよび洗浄条件は、規定のイオン強度およびpHでの特異的配列に関する融点(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 hybridization, "stringent hybridization conditions" and "stringent hybridization wash conditions" are sequence-dependent and differ under different environmental parameters.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) Seen in. In general, high stringent hybridization and washing conditions are selected to be about 5 ° C. below the melting point ( Tm ) for specific sequences at 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。 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 chosen to be equal to T m for the specific probe. An example of stringent hybridization conditions for hybridization of complementary nucleotide sequences with more than 100 complementary residues in a filter on a Southern or Northern blot is 50% formamide (42 ° C.) containing 1 mg heparin. Hybridization is performed overnight. An example of high stringent cleaning conditions is 0.1 5M NaCl, 72 ° C., about 15 minutes. Examples of stringent wash conditions are 0.2 × SSC wash, 65 ° C., 15 minutes (see Sambrook (below) for a description of SSC buffers). Low stringency lavage is often performed before high stringency lavage to eliminate background probe signals. For example, an example of medium stringency washing for a duplex of more than 100 nucleotides is 1 x SSC, 45 ° C., 15 minutes. For example, an example of a low stringency wash 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 less than about 1.0 M salt concentration of Na ions, typically about 0.01-1.0 M. It contains Na ion concentration (or other salt) (pH 7.0-8.3) and the temperature is typically at least about 30 ° C. Stringent conditions can also be achieved by the addition of destabilizing agents such as formamide. In general, in a particular hybridization assay, a signal-to-noise ratio that is twice (or higher) than that found for unrelated probes 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 the nucleotide sequence is made with the maximum codon degeneracy allowed by the genetic code.

以下は、本発明の参照ヌクレオチド配列と実質的に同一である相同ヌクレオチド配列をクローニングするために用いられ得る、ハイブリダイゼーション/洗浄条件のセットの例である。一実施態様では、参照ヌクレオチド配列は、7%ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、0.5M 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 / washing conditions that can be used to clone a homologous nucleotide sequence that is substantially identical to the reference nucleotide sequence of the present invention. In one embodiment, the reference nucleotide sequence is washed with 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA (50 ° C.), 2 × SSC, 0.1% SDS (50 ° C.). Hybridize 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, washed with 0.5 × SSC, 0.1% SDS (50 ° C.) in 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5M NaPO 4 , 1 mM EDTA (50 ° C.), “test” nucleotide sequence. Hybridizes with. In a further embodiment, the reference nucleotide sequence is washed with 0.1 × SSC, 0.1% SDS in 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA (50 ° C.) (50). "Test" at (° C.) or with a 0.1 × SSC, 0.1% SDS wash (65 ° C.) in 7% sodium dodecyl sulfate (SDS), 0.5 M NaPO 4 , 1 mM EDTA (50 ° C.). It hybridizes with the nucleotide sequence.

本発明の任意のヌクレオチド配列および/または組み換え核酸分子は、任意の目的の種での発現のためにコドン最適化され得る。コドン最適化は当技術分野で広く知られていて、種特異的なコドン使用頻度を用いたコドン使用バイアスに関するヌクレオチド配列の改変を含む。コドン使用頻度は、目的の種に関して最も高く発現される遺伝子の配列解析に基づいて作られる。ヌクレオチド配列が核内で発現される場合、コドン使用頻度は、目的の種に関して高発現の核遺伝子の配列解析に基づいて作られる。ヌクレオチド配列の改変は、種特有のコドン使用頻度を、天然のポリヌクレオチド配列に存在するコドンと比較することにより決定される。当分野において理解されるように、ヌクレオチド配列のコドン最適化は、天然のヌクレオチド配列と100%未満の同一性(例えば、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%など)を有するが、依然としてオリジナルの天然のヌクレオチド配列によりコードされるものと同一の機能を有するポリペプチドをコードする、ヌクレオチド配列を生じさせる。したがって、本発明の代表的な実施態様では、本発明のヌクレオチド配列および/または組み換え核酸分子は、特定の目的の種での発現のためにコドン最適化され得る。 Any nucleotide sequence and / or recombinant nucleic acid molecule of the invention can be codon-optimized for expression in any species of interest. Codon optimization is widely known in the art and involves modification of nucleotide sequences for codon usage bias using species-specific codon usage frequencies. Codon usage is based on sequence analysis of the most highly expressed genes for the species of interest. When the nucleotide sequence is expressed in the nucleus, codon usage is based on sequence analysis of the highly expressed nuclear gene for the species of interest. Nucleotide sequence modifications are determined by comparing species-specific codon usage with codons present in the native polynucleotide sequence. As will be appreciated in the art, nucleotide sequence codon optimization 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 that encoded by the original native nucleotide sequence. Give rise to a nucleotide sequence. Thus, in a representative embodiment of the invention, the nucleotide sequences and / or recombinant nucleic acid molecules of the invention may be codon-optimized for expression in a particular species of interest.

一部の実施態様では、本発明の組み換え核酸分子、ヌクレオチド配列およびポリペプチドは、「分離される」。「分離された」核酸分子、「分離された」ヌクレオチド配列または「分離された」ポリペプチドは、人の手によりその天然環境から離れて存在し、したがって天然の産物ではない、核酸分子、ヌクレオチド配列またはポリペプチドである。分離された核酸分子、ヌクレオチド配列またはポリペプチドは、天然起源の生物またはウイルスの他の構成要素の少なくとも一部、例えば、細胞またはウイルスの構造上の構成要素または他のポリペプチドまたはポリヌクレオチドと関連して一般に見いだされる核酸から、少なくとも部分的に切り離された、精製された形態で存在し得る。代表的な実施態様では、分離された核酸分子、分離されたヌクレオチド配列および/または分離されたポリペプチドは、少なくとも約1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、またはそれよりも高い純度である。 In some embodiments, the recombinant nucleic acid molecules, nucleotide sequences and polypeptides of the invention are "separated". A "separated" nucleic acid molecule, a "separated" nucleotide sequence or a "separated" polypeptide is a nucleic acid molecule, nucleotide sequence that exists by hand away from its natural environment and is therefore not a natural product. Or a polypeptide. The isolated nucleic acid molecule, nucleotide sequence or polynucleotide is associated with at least some of the other components of an organism or virus of natural origin, such as the structural components of a cell or virus or other polypeptide or polynucleotide. It may be present in a purified form, at least partially separated from the nucleic acids commonly found. In a typical embodiment, the separated nucleic acid molecule, the separated nucleotide sequence and / or the separated polypeptide are 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 can be present in an unnatural environment (eg, a recombinant host cell). Thus, for example with respect to nucleotide sequences, the term "isolated" means that it is detached from naturally occurring chromosomes and / or cells. Also, a polynucleotide is separated from its naturally occurring chromosomes and / or cells, and then genetic conditions, chromosomes and / or cells in which it does not occur naturally, chromosomes and / or cells (eg, different host cells, different regulatory sequences, and / /). Or when inserted at a position in the genome that is different from that found naturally), it is also isolated. Thus, recombinant nucleic acid molecules, nucleotide sequences and their encoded polypeptides are "separated" by human hand in that they exist apart from their natural environment and are therefore not natural products. In some embodiments, it can be introduced and present within a recombinant host cell.

本明細書に記載の任意の実施態様では、本発明のヌクレオチド配列および/または組み換え核酸分子は、様々な生物細胞での発現のための様々なプロモーターおよび他の制御因子と動作可能に関連することができる。したがって、代表的な実施態様では、本発明の組み換え核酸は、1つまたは複数のヌクレオチド配列に作動可能に連結された、1つまたは複数のプロモーターをさらに含むことができる。 In any embodiment described herein, the nucleotide sequences and / or recombinant nucleic acid molecules of the invention are operably associated with various promoters and other regulators for expression in various biological cells. Can be done. Thus, in a representative embodiment, the recombinant nucleic acid of the invention can further comprise 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 associated" as used herein, it means that the factors indicated are functionally and generally physically related to each other. Thus, as used herein, the term "operably linked" or "operably associated" refers to a nucleotide sequence on a single nucleic acid molecule that is functionally related. Thus, the first nucleotide sequence operably linked to the second nucleotide sequence means a situation in which the first nucleotide sequence is functionally located in a functional relationship with the second nucleotide sequence. For example, when a promoter is responsible for transcription or expression of a nucleotide sequence, the promoter is operably associated with said nucleotide sequence. One of skill in the art will appreciate that a control sequence (eg, a promoter) does not need to be flanked by a nucleotide sequence associated with its operability, as long as the control sequence functions to direct its expression. Thus, for example, an intervening untranslated sequence that is still transcribed may be present between the promoter and the nucleotide sequence, and the promoter can still be considered to be "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 transcription of a nucleotide sequence that is operably associated with a promoter. The coding sequence can encode a polypeptide and / or a functional RNA. Typically, a "promoter" refers to a nucleotide sequence that contains a binding site for RNA polymerase II and controls the initiation of transcription. Generally, the promoter is found upstream of the start of the coding region of the 5'or corresponding coding sequence. The promoter region may contain other factors that act as regulators of gene expression. These include TATA box consensus sequences and often include CAAT box consensus sequences (Breathnach and Chambon, (1981) Annu. Rev. Biochem. 50: 349). In plants, the CAAT box can be replaced by the AGGA box (Messing et al., (1983) in Genetic Engineering of Plants, T. Kosuge, C. Meredith and A. Hollaender (eds.), Polypropylene Press, plenum Press, p. 227).

プロモーターは、組み換え核酸分子(すなわち、「キメラ遺伝子」または「キメラポリヌクレオチド」)の調製で用いるための、例えば、構成的、誘導性、時間的に制御された、発生学的に制御された、化学的に制御された、組織-好適および/または組織-特異的なプロモーターを含んでよい。これらの様々なタイプのプロモーターは、当技術分野で知られている。 Promoters are, for example, constitutive, inducible, temporally controlled, developmentally controlled, for use in the preparation of recombinant nucleic acid molecules (ie, "chimeric genes" or "chimeric polynucleotides"). It may include chemically controlled, tissue-suitable and / or tissue-specific promoters. 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。 Promoter selection varies according to the temporal and spatial requirements for expression and also depends on the host cell being transformed. Promoters for many different organisms are well known in the art. Based on the extensive knowledge that exists in the art, suitable promoters can be selected for a particular host organism of interest. Thus, for example, much is known about upstream promoters of highly constitutively expressed genes in model organisms, and such knowledge can be readily utilized and implemented in other systems as needed. 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 constructs of the invention may be "expression cassettes" or may be contained within expression cassettes. 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; the polypeptide of interest). Means a recombinant nucleic acid molecule comprising a nucleotide sequence, a nucleotide sequence encoding a cas9 nuclease)), wherein said nucleotide sequence is operably associated with at least a control sequence (eg, a promoter). Therefore, some aspects of the invention provide an expression cassette 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 components is heterologous to at least one of its other components. The expression cassette may also be obtained in a recombinant form that is of natural origin but 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 contain functional transcriptional and / or translational termination regions (ie, termination regions) within selected host cells. A variety of transcription termination factors are available for use in expression cassettes, are involved in transcription termination beyond the heterologous nucleotide sequence of interest, and modify mRNA polyadenylation. The termination region can be natural to the transcription initiation region, to the operably linked nucleotide sequence of interest, to the host cell, or to another. It can be derived from the origin (ie, to the promoter, to the nucleotide sequence of interest, to the host, exogenous or heterologous, 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 contain nucleotide sequences for selectable markers that can be used to select transformed host cells. As used herein, a "selectable marker", when expressed, gives the host cell expressing the marker a distinguishable phenotype, and thus such traits from those without the marker. Means a nucleotide sequence that allows transformed cells to be distinguished. Such nucleotide sequences indicate whether the marker provides a trait that can be selected by chemical means, eg, by using a selective agent (eg, antibiotic), or whether the marker simply, eg, screens (eg, eg, screening). Either a selectable marker or a screenable marker can be encoded, depending on whether the trait can be identified via observation or testing by fluorescence). 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 the expression cassette, 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 a nucleic acid (s) (or nucleic acids) into a cell. The vector comprises a nucleic acid molecule containing the nucleotide sequence (s) to be transferred, delivered or introduced. Vectors for use in the transformation of host organisms are well known in the art. Non-limiting examples of the general class of vectors are, but are not limited to, double-stranded or single-stranded linear or cyclic viral vectors, plasmid vectors, phage vectors, phagemid vectors, cosmid vectors, phosmids. Includes vectors, bacteriophages, artificial chromosomes, or agrobacterium binary vectors, which may or may not be self-transmitting or mobilizing. The vectors defined herein can transform a prokaryotic or eukaryotic host by integration into the cellular genome or can be extrachromosomal (eg, a self-replicating plasmid with an origin of replication). ). A DNA vehicle that is capable of replication in two different host organisms that can be selected naturally or by design from actinomycetes and related species, bacteria and eukaryotes (eg, more advanced plants, mammals, yeast or fungal cells). The shuttle vector, which means, is further included. In some typical embodiments, the nucleic acids in the vector are under the control of a suitable promoter or other regulator for transcription in the host cell and are operably linked. The vector can be a bifunctional expression vector that functions in multiple hosts. In the case of genomic DNA, this may include its own promoter or other regulator, and in the case of cDNA, this may be under the control of a suitable promoter or other regulator for expression in the host cell. Can be. Thus, the nucleic acid molecules and / or expression cassettes of the invention can be included within the 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", "introducing", "introducing" (and their grammatical changes) in the context of the polynucleotide of interest refers to the nucleotide sequence of interest in the host organism or It means presenting to the cell of the organism (eg, host cell) in such a way that the nucleotide sequence approaches the inside 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, and are identical or It can be located on different expression constructs or transformation vectors. Thus, these polynucleotides can be introduced into a cell at a single cell transformation event, at a separate transformation / transfection event, or, for example, they can be incorporated into an organism by conventional reproductive 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 the polypeptide of interest). , Cas9 nuclease-encoding nucleotide sequence, etc.) can be introduced into the 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。 As used herein, the term "transformation" or "transfection" refers to the introduction of a heterologous nucleic acid into a cell. Transformation of cells can be stable or transient. Therefore, in some embodiments, the host cell or host organism is stably transformed with the nucleic acid molecule 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 a polynucleotide means that the polynucleotide is introduced into the cell and not integrated into the cell's genome.

細胞内に導入されたポリヌクレオチドの関連における「安定に導入される(stably introducing)」または「安定に導入された(stably introduced)」は、導入されたポリヌクレオチドが細胞のゲノム内に安定的に取り込まれ、したがって細胞がポリヌクレオチドで安定的に形質転換されることを意図する。 “Stabilly introduced” or “stable introduced” in the context of a polynucleotide introduced into a cell means that the introduced polynucleotide is stably introduced into the cell's genome. It is intended to be taken up and therefore cells are stably transformed with polynucleotides.

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 "stable transformation" means that a nucleic acid molecule is introduced into a cell and integrated into the genome of the cell. Thus, the integrated nucleic acid molecule can be inherited by its progeny, more specifically by progeny of multiple subsequent generations. As used herein, "genome" also includes nuclear and plastid genomes, and thus includes integration of nucleic acids into, for example, chloroplast or mitochondrial genomes. Stable transformations as used herein can also refer to transgenes that are maintained extrachromosomally, for example, as minichromosomes or plasmids.

一過的な形質転換は、生物内に導入された1つまたは複数の導入遺伝子によりコードされるペプチドまたはポリペプチドの存在を検出することのできる、酵素結合免疫吸着測定法(ELISA)またはウエスタンブロットなどにより、検出され得る。細胞の安定した形質転換は、生物(例えば、植物、哺乳類、昆虫、古細菌、細菌など)に導入された導入遺伝子のヌクレオチド配列と特異的にハイブリダイズする核酸配列を用いた、細胞のゲノムDNAのサザンブロットハイブリダイゼーションアッセイなどにより、検出することができる。細胞の安定した形質転換は、植物または他の生物に導入された導入遺伝子のヌクレオチド配列と特異的にハイブリダイズする核酸配列を用いた、細胞のRNAのノーザンブロットハイブリダイゼーションアッセイなどにより、検出することができる。また、細胞の安定した形質転換は、例えば、導入遺伝子の標的配列(単数または複数)とハイブリダイズする特異的なプライマー配列を用いて、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)または当技術分野でよく知られている他の増幅反応により検出することもでき、導入遺伝子配列の増幅をもたらし、標準的な方法に従って検出することができる。また、形質転換は、当技術分野でよく知られているダイレクトシーケンスおよび/またはハイブリダイゼーションのプロトコルにより検出することもできる。 Transient transformation can detect the presence of a peptide or polypeptide encoded by one or more transgenes introduced into an organism, enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) or Western blot. It can be detected by such as. Stable transformation of cells is the genomic DNA of cells using nucleic acid sequences that specifically hybridize to the nucleotide sequences of the transgene introduced into an organism (eg, plants, mammals, insects, paleontology, bacteria, etc.). It can be detected by a Southern blot hybridization assay or the like. Stable transformation of cells should be detected by a Northern blot hybridization assay of cellular RNA using a nucleic acid sequence that specifically hybridizes with the nucleotide sequence of the transgene introduced into a plant or other organism. Can be done. Stable transformation of cells is also well known in the art for polymerase chain reaction (PCR), for example, 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, nucleotide sequences, constructs, expression cassettes can be transiently expressed and / or they can be stably incorporated 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, cell transformation comprises nuclear transformation. In other embodiments, cell transformation comprises plastid transformation (eg, chloroplast transformation). In a further embodiment, the recombinant nucleic acid molecules / polynucleotides of the invention can be introduced into cells via conventional reproductive 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)。 Both eukaryotes and prokaryotes have well-known transformation procedures and are routine in the art and are described throughout the literature (eg, Jiang et al. 2013. Nat. Biotechnol. 31: 233-. 239; See Ranetal. Nature Protocols 8: 2281-2308 (2013)).

したがって、ヌクレオチド配列は、当技術分野でよく知られている任意の数の方法で、宿主生物またはその細胞に導入することができる。本発明の方法は、1つまたは複数のヌクレオチド配列が生物内に導入されるためには、それらが生物の少なくとも1つの細胞の内部に接近しさえすれば、特定の方法に依存しない。1個よりも多いヌクレオチド配列が導入される場合は、それらは、単一の核酸構築物の一部として、または別個の核酸構築物として、集まることができ、同一または異なる核酸構築物上に位置することができる。したがって、ヌクレオチド配列は、単一の形質転換イベントで、または別個の形質転換イベントで、目的の細胞内に導入することができ、あるいは、関連する場合は、ヌクレオチド配列は、繁殖プロトコルの一部として植物内に取り込むことができる。 Thus, the nucleotide sequence can be introduced into the host organism or its cells by any number of methods well known in the art. The methods of the invention do not depend on any particular method for the introduction of one or more nucleotide sequences into an organism as long as they are close to the interior of at least one cell of the organism. If more than one nucleotide sequence is introduced, they can be assembled as part of a single nucleic acid construct or as separate nucleic acid constructs and can be located on the same or different nucleic acid constructs. can. Thus, the nucleotide sequence can be introduced into the cell of interest in a single transformation event or in a separate transformation event, or if relevant, the nucleotide sequence is part of a reproductive protocol. It 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 is a composition with increased efficiency and increased specificity for site-specific nicking, cleavage and / or modification of the target DNA and for site-specific targeting of the target polypeptide to the target DNA. And how.

本発明の核酸構築物およびヌクレオチド配列は、構築物または配列の全体的な構造または機能に影響を与えない代替の方法で表すことができる。したがって、例えば、ある場合には、合成CRISPR核酸(crRNA)は、揺らぎ塩基GR1配列(G/U)およびステッチ配列を含むことができ、あるいは、crRNAは、(G/U)揺らぎ塩基を含むステッチ配列を含むことができ、したがって、GR1配列をさらに表さない。ある場合には、GR1は対合しない(すなわちG/AはLjeとミスマッチである、図20)。さらなる等価性は、以下に提供される等価表(表1)に示されるものを含む(図22も参照)。 Nucleic acid constructs and nucleotide sequences of the invention can be represented in alternative ways that do not affect the overall structure or function of the construct or sequence. Thus, for example, in some cases, the synthetic CRISPR nucleic acid ( crRNA ) can contain a fluctuating base GR1 sequence (G / U) and a stitch sequence, or the crRNA contains a (G / U) fluctuating base. It can include stitch sequences and therefore does not further represent the GR1 sequence. In some cases, GR1 does not pair (ie, G / A is mismatched with Lje, FIG. 20). Further equivalence includes those shown in the equivalence table provided below (Table 1) (see also FIG. 22).

Figure 2022106883000001
Figure 2022106883000001

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。 Thus, in one aspect of the invention, a synthetic transcoded CRISPR (tracr) nucleic acid (eg, tracrRNA, tracrDNA) construct is provided, said construct containing at least about 3 nucleotides in the 5'to 3'direction. Anti-zipper sequence containing, consisting of, or consisting of; bulge sequence containing at least about 3 nucleotides; anti-stitch sequence containing 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, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or a nexus sequence containing the nucleotide sequence of TCAAACAAAGCTTCAGC; and having at least one hairpin. Containing, consisting of, or consisting of a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence, said hairpin comprises at least three matching base pairs, where the anti-zipper sequence is immediately upstream of the bulge sequence. Located, the bulge sequence is located just upstream of the anti-stitch sequence, the anti-stitch sequence is located just upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located just upstream of the hairpin sequence. In some embodiments, the anti-stitch sequence comprises the nucleotide sequences of NNANN, ACAAA, TAAAA, (T / C) (A / G) T (A / G) (A / G), TAAAA, TGAAA. , From, 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, an optional anti-zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 5'to 3'direction; a bulge sequence containing at least about 3 nucleotides; an anti-stitch containing the nucleotide sequence of NNANN. Sequence; TNANC, 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 GAUAAGGCCUU), 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 Synthetic transcoded CRISPR containing, consisting of, or consisting of a nexus sequence and a hairpin sequence containing, consisting of, and a nucleotide sequence having at least one hairpin. A (tracr) nucleic acid construct is provided, wherein the hairpin contains at least three matching base pairs, where the anti-zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence and the bulge sequence is , The anti-stitch sequence is located just upstream of the anti-stitch sequence, the anti-stitch sequence is located just upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located just 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, or consists of, at least about 3 nucleotides. In some embodiments, the bulge sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct comprises, or consists of, at least about 4 nucleotides. In other embodiments, the bulge sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct comprises, consists of, or consists of 5 nucleotides. In other embodiments, the hairpin sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct comprises, consists of, or consists of at least two hairpins, and each hairpin comprises at least three matching base pairs.

さらなる態様では、本発明は、3’から5’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む、から本質的になる、またはからなる随意的なジッパー配列、少なくとも2個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列(例えば、(-NN-)のヌクレオチド配列)を含む、から本質的になる、またはからなるバルジ配列、NNTNN(またはNNUNN)のヌクレオチド配列を含む、から本質的になる、またはからなるステッチ配列、ヌクレオチドGまたはGTTを含む、から本質的になる、またはからなるGR1、および、5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の同一性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含む、から本質的になる、またはからなるスペーサー配列を、含む、から本質的になる、またはからなる合成CRISPR核酸(例えば、crRNA、crDNA)構築物を提供し、ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、GR1のすぐ上流に位置し、および、GR1は、スペーサー配列のすぐ上流に位置する。 In a further aspect, the invention is a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides, an optional zipper sequence consisting of, or consisting essentially of, containing at least about 3 nucleotides in the 3'to 5'direction. A bulge sequence consisting of or consisting essentially of (eg, a nucleotide sequence of (-NN-)), a stitch sequence consisting of or consisting of a nucleotide sequence of NNTNN (or NUNN), A spacer sequence having GR1 consisting of, or consisting essentially of, nucleotide G or GTT, and 5'and 3'ends , with 100% identity with the target DNA at its 3'end. Provided is a synthetic CRISPR nucleic acid (eg, crRNA, crDNA) construct comprising, consisting of, or consisting of a spacer sequence comprising, consisting of, or consisting of at least 7 nucleotides having, and a zipper sequence. Is located just upstream of the bulge sequence, if present, the bulge sequence is located just upstream of the stitch sequence, the stitch sequence is located just upstream of GR1 , and GR1 is the spacer sequence. Located just upstream of.

さらなる実施態様では、3’から5’の方向に、抗-ジッパーにハイブリダイズする少なくとも3個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列を含む随意的なジッパー配列、少なくとも約2個のヌクレオチドのヌクレオチド配列を含むバルジ配列、NNUNNのヌクレオチド配列を含むステッチ配列(、および5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の同一性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列を、含む、から本質的になる、またはからなる合成CRISPR核酸(例えば、crRNA、crDNA)構築物が提供され、ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、スペーサー配列のすぐ上流に位置する。 In a further embodiment, an optional zipper sequence containing a nucleotide sequence having at least 3 nucleotides that hybridizes to the anti-zipper in the 3'to 5'direction, a bulge containing a nucleotide sequence of at least about 2 nucleotides. A stitch sequence containing a sequence, a nucleotide sequence of NNUNN (and a spacer sequence having 5'and 3'ends, the 3'end containing at least 7 nucleotides having 100% identity with the target DNA. A synthetic CRISPR nucleic acid (eg, crRNA, crDNA) construct comprising, containing, or consisting of a spacer sequence is provided, the zipper sequence, if present, located immediately upstream of the bulge sequence and the bulge sequence. Is located just upstream of the stitch sequence, and the stitch sequence is located just upstream of the spacer sequence.

一部の実施態様では、合成CRISPR核酸アレイが提供され、前記合成CRISPR核酸アレイは、本発明の2以上のCRISPR核酸構築物をコードするヌクレオチド配列を含み、ここで、2以上のCRISPR核酸構築物は、前記ヌクレオチド配列上で互いにすぐ隣に位置し、前記2以上のCRISPR核酸構築物のステッチ配列は同一であり、前記2以上のCRISPR核酸構築物のスペーサー配列は同一または非同一であり、および、存在する場合は、前記2以上のCRISPR核酸構築物のジッパー配列は同一である。 In some embodiments, a synthetic CRISPR nucleic acid array is provided, said synthetic CRISPR nucleic acid array comprising a nucleotide sequence encoding two or more CRISPR nucleic acid constructs of the invention, wherein the two or more CRISPR nucleic acid constructs. If they are located immediately next to each other on the nucleotide sequence, the stitch sequences of the two or more CRISPR nucleic acid constructs are the same, and the spacer sequences of the two or more CRISPR nucleic acid constructs are the same or non-identical and are 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, a chimeric nucleic acid construct (or guide nucleic acid construct) comprising the synthetic tracr nucleic acid construct and the synthetic CRISPR nucleic acid construct of the present invention is provided, wherein the zipper sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is the synthetic tracr nucleic acid construct. 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%, Complementary and hybridized (99%, etc.), the stitch sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is 100% identical and hybridized to the anti-stitch sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct, and the bulge sequence and synthetic CRISPR of the synthetic CRISPR nucleic acid construct. The bulge sequence of the nucleic acid construct is 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, a chimeric nucleic acid construct comprising, including, or consisting of a synthetic tracr nucleic acid construct and a synthetic CRISPR nucleic acid construct of the present invention is provided, wherein the NNUNN of the stitch sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is provided. , 100% complementary and hybridized with NNANN of the anti-stitch sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct, the (G) of the stitch sequence forms a fluctuating base pairing with U of the anti-stitch sequence, and synthetic CRISPR. The bulge sequence of the nucleic acid construct and the bulge sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct are non-complementary, and if a zipper sequence and an anti-zipper sequence are present, the zipper sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct is the anti-zipper sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct. Hybridizes to a 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 may optionally further comprise a nucleotide linking the hybridized zipper and anti-zipper sequence at the end of the hybridized sequence (distal to the bulge sequence). can. In a further embodiment, in the absence of a zipper and anti-zipper, the chimeric nucleic acid construct can optionally further comprise a nucleotide linking the bulge sequence of the synthetic trac nucleic acid sequence to the bulge sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid. The nucleotide to be linked may be any nucleotide (eg, T, A, G, C), and the number of nucleotides linking the zipper sequence and the anti-zipper sequence or the bulge sequence is about 3 to about 7. could be.

さらなる態様では、本発明の合成tracr核酸構築物、合成CRISPR核酸構築物、CRISPR核酸アレイ、またはキメラ核酸構築物は、Cas9ヌクレアーゼ、Cas9ヌクレアーゼをコードするアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性(例えば、約70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%など)を有するアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列、または、Cas9ヌクレアーゼをコードするアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列を、さらに含むことができる。本発明で有用なCas9ヌクレアーゼは、CRISPR-CasシステムにおいてDNA切断を触媒することが知られる任意のCas9ヌクレアーゼであってよい。当技術分野で知られているように、そのようなCas9ヌクレアーゼは、HNHモチーフおよびRuvCモチーフ(例えば、WO2013/176772;WO/2013/188638を参照)を含む。一部の実施態様では、HNHモチーフまたはRuvCモチーフは、野生型Cas9ヌクレアーゼと比較してそれらの活性を低下または消去する変異を含み得る。一部の実施態様では、片方のモチーフのみ(例えば、HNHモチーフまたはRuvCモチーフのいずれか)が突然変異される。他の実施態様では、両方の活性が低下または消去されるように両方のモチーフが突然変異される。ミスセンス変異、ナンセンス変異、フレームシフト変異などを含む任意のタイプの変異を用いて、Cas9ヌクレアーゼでのHNHモチーフおよび/またはRuvCモチーフの活性を低下または消去することができる。 In a further aspect, the synthetic tracr nucleic acid construct, synthetic CRISPR nucleic acid construct, CRISPR nucleic acid array, or chimeric nucleic acid construct of the present invention is at least 70% identical (eg, about 70%) to the amino acid sequence encoding the Cas9 nuclease, Cas9 nuclease. , 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87 %, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%, etc.) , An amino acid sequence having at least 70% identity with the amino acid sequence encoding Cas9 nuclease can be further included. 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 HNH motifs and RuvC motifs (see, eg, WO 2013/176772; WO / 2013/188638). In some embodiments, the HNH or RuvC motifs may contain mutations that reduce or eliminate their activity compared to wild-type Cas9 nucleases. In some embodiments, only one motif (eg, either the HNH motif or the RuvC motif) is mutated. In other embodiments, both motifs are mutated so that both activities are reduced or eliminated. Any type of mutation, including missense mutations, nonsense mutations, frameshift mutations, etc., can be used to reduce or eliminate the activity of HNH and / or RuvC motifs in Cas9 nucleases.

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 the grouping of various CRISPR-Cas systems and Cas9 nucleases. These groups include the Cas9 nuclease Streptococcus thermophilus CRISPR 1 (Sth CR1) group, the Cas9 nuclease Streptococcus thermophilus CRISPR 3 (Sth CR3) group, and the Cas9 nuclease Lactobacillus CRISPR Group (Sth CR3) group. Includes (Lrh) group. Non-limiting examples of Sth CR1 group Cas9 nucleases include Cas9 nucleases encoded by the polypeptide sequences of SEQ ID NOs: 1-9 and 51. Non-limiting examples of Sth CR3 group Cas9 nucleases include Cas9 nucleases 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 CKTC 3501 and Lactobacillus farciminis WP 010018949.1.

したがって、一部の実施態様では、Cas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼのStreptococcus thermophilus CRISPR 1(Sth CR1)グループ由来のCas9、Cas9ヌクレアーゼのStreptococcus thermophilus CRISPR 3(Sth CR3)グループ由来のCas9、Cas9ヌクレアーゼのLactobacillus buchneri CD034(Lb)グループ由来のCas9ヌクレアーゼ、および/または、Cas9ヌクレアーゼのLactobacillus rhamnosus GG(Lrh)グループ由来のCas9ヌクレアーゼを含み得る、から本質的になり得る、またはからなり得る。さらなる実施態様では、Cas9ヌクレアーゼをコードするアミノ酸配列は、配列番号1~配列番号53のいずれか1つのアミノ酸配列であってよい。また、さらなる実施態様では、本開示の合成tracr核酸構築物、合成CRISPR核酸構築物、合成CRISPR核酸アレイ、および/またはキメラ核酸構築物で有用なCas9ヌクレアーゼは、配列番号1~配列番号53のいずれか1つのアミノ酸配列と少なくとも70%の同一性を有するアミノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を含む、から本質的になる、またはからなる。 Thus, in some embodiments, the Cas9 nuclease is Cas9 from the Streptococcus thermophilus CRISPR 1 (Sth CR1) group of Cas9 nucleases, Cas9 from the Streptococcus thermophilus CRISPR 3 (Sth CR3) group of Cas9 nucleases, and Cas9 from the Cas9 nuclease CRISPR 3 (Sth CR3) group. It may or may consist essentially of a Cas9 nuclease from the CD034 (Lb) group and / or a Cas9 nuclease from the Cas9 nuclease Lactobacillus rhhamnosus GG (Lrh) group. In a further embodiment, the amino acid sequence encoding Cas9 nuclease may be any one of the amino acid sequences of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 53. 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 any one of SEQ ID NOs: 1 to SEQ ID NO: 53. Containing, consisting of, or consisting of a nucleotide sequence encoding an amino acid sequence having at least 70% identity with the amino acid sequence.

さらに、特定の実施態様では、Cas9ヌクレアーゼは、標的DNAを含む生物のためにコドン最適化されたヌクレオチド配列によりコードされ得る。さらに他の実施態様では、Cas9ヌクレアーゼは、少なくとも1つの核局在化配列を含み得る。 Moreover, in certain embodiments, the Cas9 nuclease can be encoded by a codon-optimized nucleotide sequence for the organism containing the target DNA. In yet another embodiment, the Cas9 nuclease may contain 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 inventor has 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, if the nexus sequence is GATAAGGC or GATAAGGCCATGCC, the Cas9 nuclease is from the Cas9 nuclease Streptococcus thermophilus CRISPR 1 (STh CR1) group; if the nexus sequence is TAAGGC or TAAGGCTAGTCC. The Cas9 nuclease is from the Streptococcus thermophilus CRISPR 3 (Sth CR3) group of Cas9 nucleases; if the nexus sequence is TCAAGC or TCAAGCAAAGC, the Cas9 nuclease is from the Lactobacillus buchneri group (03) of the Cas9 nuclease. If the nexus sequence is TCAAAC or TCAAACAAAGCTTCAGC, the Cas9 CRISPR is from the Cas9 nuclease Lactobacillus rhhamnosus GG (Lrh) group.

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 contain mutations in the HNH and / or RuvC motifs, thereby reducing or eliminating 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 the double-stranded target DNA, and mutations in the LucV active site are double-stranded targets. Reduces / eliminates site-specific nicks in 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, CRISPR nucleic acid constructs, CRISPR nucleic acid arrays, and / or chimeric nucleic acid constructs of the present disclosure comprise a Cas9 nuclease with a mutation within 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 with a mutation within the HNH active site motif. In a further embodiment, the synthetic tracr nucleic acid constructs, CRISPR nucleic acid constructs, CRISPR nucleic acid arrays, and / or chimeric nucleic acid constructs of the present disclosure contain Cas9 nucleases with mutations within the HNH active site motif and within the RuvC motif.

またさらなる実施態様では、HNHおよびRuvCモチーフ内に変異を有し、それによりヌクレアーゼ活性が低下または消去されたCas9ヌクレアーゼは、Cas9ヌクレアーゼに融合された目的ポリペプチドをさらに含む。そのようなCas9-目的ポリペプチド融合タンパク質を用いて、目的ポリペプチドを特定の標的DNAへ向かわせる、または標的化することができる。 In a further embodiment, the Cas9 nuclease with mutations within 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 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 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, an expression cassette containing the chimeric nucleic acid constructs of the present disclosure or the chimeric nucleic acid constructs of the present disclosure is contacted with the target DNA in the presence of Cas9 nuclease (eg, SEQ ID NOs: 1-53), which Provided a method for site-specific cleavage of a double-stranded target DNA, comprising the step of 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 in the (+) strand of the double-stranded target DNA, wherein the Cas9 nuclease contains a mutation within the RuvC active site motif, thereby. , The (+) strand of the double-stranded target is cleaved to generate a site-specific nick on the (+) strand of the double-stranded target DNA. In another embodiment, the site-specific cleavage is a site-specific nick in the (-) strand of the double-stranded target DNA, wherein the Cas9 nuclease contains a point mutation within the HNH active site motif, thereby resulting in two. The (-) strand of the double-stranded target DNA is cleaved to generate a site-specific nick on 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, methods for site-specific cleavage of double-stranded target DNA are provided, including: transcoding CRISPR (tracr) nucleic acid molecules and CRISPR nucleic acid molecules, Cas9 nuclease (eg, SEQ ID NO: 1). The step of contacting with the target DNA in the presence of ~ 53), where (a) the tracr nucleic acid molecule is an anti-zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 5'to 3'direction; at least about 3 Barge sequence containing nucleotides; Anti-stitch sequence containing nucleotide sequence of NNANN; TNANNC, T (A / C) A (A / G) (G / A) C, TCAAAC, TAAGGC, GATAAGG, GATAAGGCTT, TCAAG, Nexus sequence comprising the nucleotide sequence of TCAAGCAA, T (C / A) AA (A / C) (C / A) (A / G) (A / T), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTCAGC; and at least 1. Encoded by a nucleotide sequence, including, consisting of, or consisting of, a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence, said hairpin containing at least three matching base pairs and an anti-zipper sequence. The bulge sequence is located just upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located just upstream of the anti-stitch sequence, the anti-stitch sequence is located just upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located just upstream of the hairpin sequence. And (b) the CRISPR nucleic acid molecule is a zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 3'to 5'direction, a bulge sequence containing a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides, NNTNN ( Or a stitch sequence containing a nucleotide sequence of NNUNN), GR1 containing a nucleotide G or GTT, and a spacer sequence having 5'ends and 3'ends , 100% identity with the target DNA at the 3'end. Encoded by a nucleotide sequence, including a spacer sequence containing at least 7 nucleotides having, the zipper sequence is located just upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located just upstream of the stitch sequence, and the stitch sequence is G. It is located just upstream of R1 and GR1 is located just upstream of the spacer sequence, and further here, the anti-zipper sequence and anti-nucleotide of the tracr nucleic acid molecule. The Tetch sequence is at least about 70% complementary and hybrid to the zipper and stitch sequences of the CRISPR nucleic acid molecule, respectively, and the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule is part of the target DNA (protospacer flanking motif on the target DNA). (Adjacent to (PAM)) is at least about 80% complementary and hybridizes, thereby causing site-specific cleavage of the target DNA within the region defined by the complementary binding of the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule to the target DNA. 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, a method for site-specific cleavage of a double-stranded target DNA is provided, comprising contacting the double-stranded target DNA with a chimeric nucleic acid comprising: (A) Anti-zipper sequence containing at least about 9 nucleotides in the direction from 5'to 3'; bulge sequence containing at least about 4 nucleotides; anti-stitch sequence containing NNANN nucleotide sequence; TNANNC, T (A / C) A (A / G) (G / A) C, TCAAAC, TAAGGC, GATAAGG, GATAAGGCTT, TCAAG, TCAAGCAA, T (C / A) AA (A / C) (C / A) (A / A first nucleotide sequence (the hairpin comprises a nexus sequence comprising a nucleotide sequence of G) (A / T), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTCAGC; and a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin. , The anti-zipper sequence is located just upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located just upstream of the anti-stitch sequence, and the anti-stitch sequence is the nexus sequence. The nexus sequence is located just upstream of the hairpin sequence); (b) a zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 3'to 5'direction, at least 2 nucleotides. A bulge sequence containing a nucleotide sequence having, a stitch sequence containing a nucleotide sequence of NNTNN (or NNUNN), GR1 containing a nucleotide G or GTT, and a spacer sequence having 5'ends and 3'ends thereof, 3'. A second nucleotide sequence containing a spacer sequence containing at least 7 nucleotides having 100% identity with the target DNA at the end (the zipper sequence is located just upstream of the bulge sequence and the bulge sequence is of the stitch sequence. Located just upstream, the stitch sequence is located just upstream of GR1, and GR1 is located just upstream of the spacer sequence); and (c) Cas9nuclease (eg, SEQ ID NOs: 1-53). A third nucleotide sequence encoding an amino acid sequence having at least 80% identity with the amino acid sequence encoding) (where the anti-zipper and anti-stitch sequences of the first nucleotide sequence are second. Hybridizing to the zipper and stitch sequences of the nucleotide sequence, the spacer sequence of the second nucleotide sequence becomes part of the target DNA (adjacent to the protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA). It hybridizes, thereby resulting in 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).

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 the target polypeptide against a double-stranded (ds) target DNA is provided, transcoded CRISPR (tracr) nucleic acid molecules and CRISPR nucleic acid molecules, with a Cas9 nuclease (eg, sequence). Including the step of contacting with the target DNA in the presence of numbers 1-53), where (a) the tracr nucleic acid molecule is an anti-zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 5'to 3'direction; A bulge sequence containing at least about 3 nucleotides; an anti-stitch sequence containing 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 nexus sequence comprising the nucleotide sequence of TCAAACAAAGCTTCAGC; , Encoded by a nucleotide sequence, comprising a nucleotide sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin, said hairpin containing at least 3 matching base pairs and an anti-zipper sequence located just upstream of the bulge sequence. However, the bulge sequence is located just upstream of the anti-stitch sequence, the anti-stitch sequence is located just upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located just upstream of the hairpin sequence; and ( b) The CRISPR nucleic acid molecule is a zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 3'to 5'direction, a bulge sequence containing at least 2 nucleotides (eg, a (-NN-) nucleotide sequence), NNTNN. A stitch sequence containing a nucleotide sequence, GR1 containing a nucleotide G or GTT, and a spacer sequence having 5'ends and 3'ends , at least 7 having 100% identity with the target DNA at the 3'end. Encoded by a nucleotide sequence, including a spacer sequence containing nucleotides, the zipper sequence is located just upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located just upstream of the stitch sequence, and the stitch sequence is just upstream of GR1 . And GR1 is located just upstream of the spacer sequence, and further here Cas9 nuclease is a variation within the HNH active site motif. Differently, it contains mutations within the RuvC active site motif and is fused to the polypeptide of interest, the anti-zipper sequence is approximately 70% complementary and hybridized with the zipper sequence, and the stitch sequence is 100% complementary to the stitch sequence. And hybridizes, the spacer sequence is approximately 80% complementary and hybridizes to the target DNA flanking the protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA, whereby the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule to the target DNA. It results in site-specific targeting of the target polypeptide to the target DNA in the region defined by complementary binding.

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 a typical 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. Can and can be essentially, or can consist of. In other embodiments, the bulge sequence can contain, from, or can consist of 5 nucleotides, and the hairpin sequence can contain at least 2 hairpins, and from. It can be or consist of essentially, where each hairpin contains at least three matching base pairs.

さらなる実施態様では、本発明は、トランスコード化CRISPR(tracr)核酸分子およびCRISPR核酸分子を、Cas9ヌクレアーゼの存在下で標的DNAと接触させるステップを含む二本鎖標的DNAの部位特異的切断のための方法を提供し、ここで、
(a)tracr核酸分子は、5’から3’の方向に、少なくとも約3個のヌクレオチドを含む随意的な抗-ジッパー配列;少なくとも約3個のヌクレオチドを含むバルジ配列;NNANNのヌクレオチド配列を含む抗-ステッチ配列、TNANNC、T(A/C)A(A/G)(G/A)C、TCAAAC、TAAGGC、GATAAGG、GATAAGGCTT、TCAAG、TCAAGCAA、T(C/A)AA(A/C)(C/A)(A/G)(A/T)、GATAAGGCCATGCC、TAAGGCTAGTCC、TCAAGCAAAGC、またはTCAAACAAAGCTTCAGCのヌクレオチド配列を含むネクサス配列、少なくとも1つのヘアピンを有するヌクレオチド配列を含むヘアピン配列を含むヌクレオチド配列によりコードされ、前記ヘアピンは、少なくとも3個の一致する塩基対を含む、および
抗-ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、抗-ステッチ配列のすぐ上流に位置し、抗-ステッチ配列は、ネクサス配列のすぐ上流に位置し、および、ネクサス配列は、ヘアピン配列のすぐ上流に位置する;および
(b)CRISPR核酸分子は、3’から5’の方向に、抗-ジッパーにハイブリダイズする少なくとも3個のヌクレオチドを有するヌクレオチド配列を含む随意的なジッパー配列、(-NN-)のヌクレオチド配列を含むバルジ配列、NNUNNのヌクレオチド配列を含むステッチ配列、および5’末端および3’末端を有するスペーサー配列であって、その3’末端に標的DNAと100%の同一性を有する少なくとも7個のヌクレオチドを含むスペーサー配列を含むヌクレオチド配列によりコードされ、および
ジッパー配列は、存在する場合は、バルジ配列のすぐ上流に位置し、バルジ配列は、ステッチ配列のすぐ上流に位置し、ステッチ配列は、スペーサー配列のすぐ上流に位置し、および、
さらにここで、抗-ジッパーおよびジッパー配列が存在する場合は、抗-ジッパー配列はジッパー配列にハイブリダイズし、抗-ステッチ配列のNNANNは、ステッチ配列のNNUNNに相補でありハイブリダイズし、CRISPR核酸分子のスペーサー配列は標的DNAの一部(標的DNA上のプロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)に隣接する)にハイブリダイズし、それにより、標的DNAに対するCRISPR核酸分子のスペーサー配列のハイブリダイゼーションにより規定される領域内で、標的DNAの部位特異的切断をもたらす。
In a further embodiment, the invention is for site-specific cleavage of double-stranded target DNA, comprising contacting a transcoded CRISPR (tracr) nucleic acid molecule and a CRISPR nucleic acid molecule with the target DNA in the presence of Cas9 nuclease. Provides a way to, here,
(A) The tracr nucleic acid molecule comprises an optional anti-zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 5'to 3'direction; a bulge sequence containing 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), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAAGCTTCAGC, encoded by a nucleotide sequence comprising a nucleotide sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin. The hairpin contains at least three matching nucleotide pairs, and the anti-zipper sequence, if present, is located just upstream of the bulge sequence and the bulge sequence is just upstream of the anti-stitch sequence. Located, the anti-stitch sequence is located just upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located just upstream of the hairpin sequence; and (b) CRISPR nucleic acid molecules are in the 3'to 5'direction. , An optional zipper sequence containing a nucleotide sequence having at least 3 nucleotides that hybridizes to an anti-zipper, a bulge sequence containing a (-NN-) nucleotide sequence, a stitch sequence containing a NNUNN nucleotide sequence, and 5'. A spacer sequence having a terminal and a 3'end is encoded by a nucleotide sequence comprising a spacer sequence at the 3'end containing at least 7 nucleotides having 100% identity with the target DNA, and the zipper sequence. If present, it is located just upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located just upstream of the stitch sequence, the stitch sequence is located just upstream of the spacer sequence, and,
Further here, if an anti-zipper and zipper sequence is present, the anti-zipper sequence hybridizes to the zipper sequence, and the anti-stitch sequence NNANN is complementary and hybridizes to the stitch sequence NNUNN and hybridizes to 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, it 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 a further embodiment, a method for site-specific cleavage of the double-stranded target DNA is provided, which method comprises contacting the double-stranded target DNA with a chimeric nucleic acid comprising:
(A) Voluntary anti-zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 5'to 3'direction; bulge sequence containing at least about 3 nucleotides; anti-stitch sequence containing NNANN nucleotide sequence, 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), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or a first nucleotide sequence comprising a nexus sequence comprising a nucleotide sequence of TCAAACAAAGCTTCAGC, a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin (the hairpin said). Contains at least 3 matching base pairs),
Here, the anti-zipper sequence, if present, is located just upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located just upstream of the anti-stitch sequence, and the anti-stitch sequence is just upstream of the nexus sequence. Located and the nexus sequence is located just upstream of the hairpin sequence;
(B) An optional zipper sequence containing a nucleotide sequence having at least 3 nucleotides that hybridizes to the anti-zipper in the 3'to 5'direction, a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides (eg, (-). A bulge sequence containing NN-) nucleotide sequence), a stitch sequence containing NNUNN nucleotide sequence, and a spacer sequence having 5'ends and 3'ends, 100% identity with the target DNA at the 3'end. The second nucleotide sequence, including the spacer sequence containing at least 7 nucleotides, and the zipper sequence, if present, are located just upstream of the bulge sequence and the bulge sequence is located just upstream of the stitch sequence. However, the stitch sequence is located immediately upstream of the spacer sequence; and (c) encodes an amino acid sequence having at least 80% identity with the amino acid sequence encoding Cas9 nuclease (eg, SEQ ID NOs: 1-53). Third nucleotide sequence,
Here, if a zipper sequence and an anti-zipper sequence are present, the zipper sequence hybridizes to the anti-zipper sequence, and the anti-stitch sequence NNAN is complementary to and hybridizes to the stitch sequence NNUNN. The spacer sequence of the second nucleotide sequence hybridizes to a portion of the target DNA (adjacent to the protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA), whereby the spacer sequence of the second nucleotide sequence to the target DNA Within the region defined by hybridization, it results in site-specific cleavage of 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 the target polypeptide against double-stranded (ds) target DNA is provided, transcoded CRISPR (tracr) nucleic acid molecules and CRISPR nucleic acid molecules, with Cas9 nuclease (eg, sequence). Including the step of contacting with the target DNA in the presence of numbers 1-53).
Here, (a) the tracr nucleic acid molecule is an optional anti-zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 5'to 3'direction; a bulge sequence containing at least about 3 nucleotides; NNANN nucleotides. 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), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or nexus sequence containing the nucleotide sequence of TCAAACAAAGCTTCAGC, including a hairpin sequence containing a nucleotide sequence having at least one hairpin. Encoded by the nucleotide sequence, the hairpin contains at least three matching base pairs, and the anti-zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence and the bulge sequence is the anti-stitch sequence. The anti-stitch sequence is located just upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located just upstream of the hairpin sequence; and (b) CRISPR nucleic acid molecules are 3'to 5 An optional zipper sequence containing a nucleotide sequence having at least 3 nucleotides that hybridizes to the anti-zipper in the direction of', a nucleotide sequence having at least 2 nucleotides (eg, a nucleotide sequence of (-NN-)). A bulge sequence containing, a stitch sequence containing a nucleotide sequence of NNUNN, and a spacer sequence having 5'ends and 3'ends, at least 7 nucleotides having 100% identity with the target DNA at the 3'end. It is encoded by a nucleotide sequence, including a spacer sequence containing, and the zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located just upstream of the stitch sequence, and the stitch sequence is a spacer. Located just upstream of the sequence, and further here, Cas9 nuclease contains mutations within the HNH active site motif, mutations within the RuvC active site motif, fused to the polypeptide of interest, and the zipper and anti-zipper sequences If present, the zipper sequence hybridizes to the anti-zipper sequence and the anti-stitch sequence NNAN is complementary to the stitch sequence NNUNN and hive. Ridized and the spacer sequence hybridizes to the target DNA flanking 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 the target polypeptide to the target DNA.

一部の実施態様では、tracr核酸分子およびaCRISPR核酸分子の抗-ジッパーおよびジッパー配列または第一のヌクレオチド配列および第二のヌクレオチド配列がハイブリダイズする場合、ハイブリダイズした配列は、場合により、バルジ配列に対して遠位であるハイブリダイズした配列の末端にさらなるヌクレオチドをさらに含むことができ、それにより、ハイブリダイズしたジッパーおよび抗-ジッパー配列を連結する。さらなる実施態様では、ジッパーおよび抗-ジッパーが存在しない場合、キメラ核酸構築物は、場合により、合成trac核酸配列のバルジ配列を合成CRISPR核酸のバルジ配列に連結するヌクレオチドをさらに含むことができる。連結ヌクレオチドは、任意のヌクレオチド(例えば、T、A、G、C)であり得て、ジッパーおよび抗-ジッパー配列またはバルジ配列を連結するヌクレオチドの数は、約3~約7個であり得る。 In some embodiments, if the anti-zipper and zipper sequences of the tracr nucleic acid molecule and the aCRISPR nucleic acid molecule or the first and second nucleotide sequences hybridize, the hybridized sequence may optionally be a bulge sequence. Additional nucleotides can be included at the end of the hybridized sequence, which is distal to, thereby linking the hybridized zipper and anti-zipper sequences. In a further embodiment, in the absence of a zipper and anti-zipper, the chimeric nucleic acid construct can optionally further comprise a nucleotide linking the bulge sequence of the synthetic trac nucleic acid sequence to the bulge sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid. The linking nucleotide can be any nucleotide (eg, T, A, G, C) and the number of nucleotides linking the zipper and anti-zipper sequence or bulge sequence 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 any containing at least one nuclear localization sequence described herein is of the invention. Can be used in a 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 containing 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 present 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 present invention is useful can be used. Exemplary host organisms include, but are not limited to, plants, bacteria, archaea, fungi, animals, mammals, insects, birds, fish, amphibians, spores, humans, or non-human primates.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It's okay. In a further embodiment, the cells useful in the present invention are, but are not limited to, stem cells, somatic cells, germ cells, plant cells, animal cells, bacterial cells, paleobacterial cells, fungal cells, mammalian cells, insect cells, avian cells. , Fish cells, amphibian cells, spore animal cells, human cells, or non-human primate cells.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、 Includes 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 is, but is not limited to, helicase, nuclease, methyltransferase, gyrace, demethylase, kinase, dismutase, integrase, transposase, telomerase, recombinase, acetyltransferase, deacetylase, polymerase, phosphatase, It may include ligase, ubixin ligase, phototriase or glycosylase. In another aspect of the invention, the polypeptide of interest comprises depurining activity, oxidizing activity, pyrimidine dimer forming activity, alkylating activity, DNA repair activity, DNA damaging activity, deubiquitination activity, adenylation activity, deadenylation activity. It has SUMOylation activity, deSUMOlation activity, ribosylation activity, deribosylation activity, myristoylation activity, demyristoylation activity or telomere repair activity, or deaminoization activity. In a typical embodiment, the polypeptide of interest exhibits kinase activity, nuclease activity, methyltransferase activity, demethylase activity, acetyltransferase activity, deacetylase activity, phosphatase activity, ubiquitin ligase activity, deubiquitination activity, or telomere repair activity. It may be a polypeptide having.

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。 Kits containing the nucleic acid constructs, nucleic acid molecules, and / or nucleotide sequences of the present invention are further provided herein.

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 the target polypeptide against a double-stranded (ds) target DNA is provided, the kit of which is a synthetic tracr nucleic acid construct, a synthetic CRISPR nucleic acid construct, a CRISPR nucleic acid array of the invention. Alternatively, it comprises a chimeric nucleic acid construct. In some embodiments, 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 contained in one or more expression cassettes. In a 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 include a primer, which comprises a portion of the CRISPR repeat sequence in both directions. In another embodiment, the kit may include a primer 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 include instructions for use.

ここで本発明は、以下の実施例を参照して説明される。これらの実施例は本発明に対する請求項の範囲を限定することを意図しないが、特定の実施態様の例示であることが意図されることが、理解されるべきである。当業者が想到する例示された方法における任意の変更は、本発明の範囲内であることが意図される。 Here, the present invention will 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 present invention, but are intended to be exemplary of certain embodiments. Any modification in the illustrated method conceived by one of ordinary skill in the art is 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. Assessment of the functional role of the modules identified within the guide sequence Crusted regularly interspaced short palindromic repeat (CRISPR) and related Cas proteins provide adaptive immunity to invasive genetic factors in bacteria and archaea 1 . In the CRISPR-Cas system type II, the signature RNA-guided endonuclease Cas9 specifically targets the sequence complementary to the CRISPR spacer, resulting in double-stranded DNA cleavage (DSB) using two nickase domains. (Makarova, K.S. et al. Nat Rev Microbiol 9,467-477 (2011); Garneau, J.E. et al. Nature 468, 67-71 (2010); Sapranaskas, R. et al. Nucleic. Acids Res 39,9275-9282 (2011); Gasinuas, G. et al. Proc Natl Acad Sci USA 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-adjacent motif (PAM) is flanking. Garneau, J. et al. E. et al. Nature 468, 67-71 (2010); Sapranaskas, R. et al. et al. Nucleic Acids Res 39, 9275-9282 (2011); Gasinuas, G. et al. et al. Proc Natl Acad Sci US A 109, E2579-E2586 (2012); Jinek, M. et al. et al. , Science 337, 816-821 (2012); Sternberg, S. et al. 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 transactivated crRNA (tracrRNA) 8 . This natural complex can be replaced by a synthetic single-guide RNA (sgRNA) chimera that mimics the crRNA: tracrRNA duplex (Jinek, M. et al., Science 337, 816-821 (2012)). The sgRNA in combination with Cas9 creates a convenient, compact, and portable, sequence-specific targeting system suitable for heterogeneous migration to a variety of engineering and industrial and translationally interesting model systems.

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 technique, 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). -826 (2013); Kong, L. et al. Science 339, 819-823 (2013); Jiang, W. et al. Nat. Biotechnology. 31,233-239 (2013); Sander, JD & Jung , JK Nature Biotechnology. 32, 347-355. (2014)), paving the way for high-throughput genome-wide gene screening 13 , 14, expanding the toolbox for transcriptional regulation (Qi, LS). . Et al. Cell 152, 1173-1183 (2013); Gilbert, LA et al. Cell 154,442-451 (2013)). In addition, the absence of interactions 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)), allowing multiple independent targeting to be achieved intracellularly when coexisting functional type II CRISPR-Cas systems function simultaneously. (Barrangou, R. et al. Science 315, 1709-1712 (2007); Horvas, 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 the functionally orthologous Cas9 endonuclease have not yet been characterized. In fact, early attention to Cas9 targeting and cleavage focuses on spacers: target complementarity and PAM sequence sensitivity, while the factors driving Cas9: sgRNA interactions and the orthogonality between type II CRISPR-Cas systems. Information that defines the factors that direct sex remains lacking. Therefore, we set out to identify and characterize properties within sgRNAs that confer Cas9 targeting and cleavage specificity in order to pave the way for new engineering on 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。 Therefore, the functional roles and implications of the 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)). To evaluate nucleic acids), we designed variants of the guide mutations, including modifications or deletions of each of the functional modules described above. We used the SthCRISPR3 system as a representative functional model. We selected and first established positive functional controls (wild type, WT) using natural guide sequences. Then we tested "stitch" mutants lacking stitches and observed loss of function. Then we tested the bulge-deficient "bulge" mutant and observed the loss of function. Then we tested the nexus-deficient "nexus" mutant and observed the loss of function. We then tested a "hairpin" variant lacking the first hairpin and observed a loss of function. Subsequently, we tested sequence specificity and variability susceptibility and in the construct of the mutation, We have established that the nexus sequence is specific, while being variable tolerant for other functional modules, especially zippers, bulges, hairpins and stitches. The results of these experiments are shown in Figures 1-21. ..

したがって、図1は、ネクサスモジュールに関する多重配列アライメントを示し、図2は、本研究を通して開発されたネクサスモジュールに関する最大尤度ツリーを提供する。図3A~図3Dは、Sth Cr1グループ(図3A)、Sth Cr3グループ(図3B)、Lrhグループ(図3C)およびLbuグループ(図3D)のネクサスモジュールに関するコンセンサス配列を示す。 Therefore, FIG. 1 shows the multi-sequence alignment for the nexus module and FIG. 2 provides the maximum likelihood tree for the nexus module developed throughout this study. 3A-3D show consensus sequences for the 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 the multi-sequence alignment for the anti-stitch module, while FIGS. 6A-6D show the Sth Cr1 group (FIG. 6A), the Sth Cr3 group (FIG. 6B), the Lrh group (FIG. 6C) and the Lbu group. A consensus sequence for the anti-stitch module of FIG. 6D is shown.

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 multi-sequence alignment for the bulge module is provided in FIG. 7 and a consensus sequence for the Sth Cr1 group bulge module is shown in FIG. 8A. FIG. 8B shows a consensus sequence for the Sth Cr3 group bulge modules. FIG. 8C shows the consensus sequence of the Lrh group, and FIG. 8D shows the consensus sequence of the bulge modules of the Lbu group.

ジッパーモジュールに関する多重配列アライメントが図9に示され、図10は、ジッパーモジュールに関する最大尤度ツリーを示す。 The multi-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 multi-sequence alignment for 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。 FIGS. 12-21 show guide sequences and targeting for various cRNA: tracRNA constructs, representing the Sth CR1 group, Streptococcus thermophilus CR3 (FIG. 12); Lactobacillus buchneri representing the Lbu group (FIG. 13); Sth CR1 group. Streptococcus thermophilus CR1 (FIG. 14); Streptococcus thermogenes M1 GAS (FIG. 15) representing the Sth CR3 group; Lactobacillus ramnosus (FIG. 16); Lactobacillus lamnosus (FIG. 16); (FIG. 18); Lactobacillus gasseri (FIG. 19) representing the Lga group; Lactobacillus jenseni (FIG. 20) representing the Lje group; and Lactobacillus pentosus representing the Lpe group (FIG. 21). The underside of each of FIGS. 12-21 represents a target dsDNA containing a target sequence (open structure) and an adjacent (3') PAM. The upper part of each figure represents a CRISPR RNA (crRNA) consisting of a 5'part complementary to the target sequence and a 3'part derived from a CRISPR repeat; and also a tracrRNA consisting of an anti-CRISPR repeat portion and a nexus. And 3'hairpins are also shown. As shown in each of FIGS. 12 to 21, the complementary portions of the crRNA: tracrRNA duplex are the lower stem (lower complementary portion), the bulge (herniated mismatch) and the 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. Determining the Properties of Guide RNA Sequences in Various Further Type II Systems The findings described in Example 1 establish an important module in sgRNA required to support Streptococcus pyrogenes Cas9 (SpyCas9) activity. However, although widely used for genomic organization, SpyCas9 is just one of many naturally found Cas9 orthologs (Chylinski, K. et al. RNA biology 10,726-737 (2013)). Genome, I. et al. Nucleic Acids Res (2013)). Therefore, we then investigated whether the same sgRNA sequence properties also occur in other type II CRISPR-Cas systems. We sampled 41 Cas9 sequences from the Streptococcus and Lactobacillus genomes (type II system preferentially occurs 2 ), identified their corresponding CRISPR repeats, and predicted tracrRNA sequences. The Cas9 protein sequence was clustered into three major sequence groups (Fig. 23). As expected, similar grouping was seen when clustering was performed using either CRISPR-repeat or predicted tracrRNA sequences (FIGS. 24A, 23, 25, 26) and anti-anti-intracrRNA. The presence of CRISPR repeats and the close molecular relationships between Cas9 and crRNA: tracrRNA pairs were given (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)). Within the tracrRNA sequence, we consistently observed the functional modules identified for SpyCas9 (Fig. 24B), and the overall sgRNA / crRNA: tracrRNA structure between the families was conserved and at high levels within the cluster. The array was stored in.

下側ステム(すなわちステッチ/抗-ステッチ)と上側ステム(すなわちジッパー/抗-ジッパー)との間に方向のねじれを有するバルジの存在が、システムの多様性にわたって一貫して見られた。下側ステムの長さは、ファミリー内で高度に保存され、および、ファミリー間で可変であった。興味深いことに、最も高いレベルの保存はネクサス配列に関して見られた(図24B、図27)。GC-リッチのステムおよびオフセットのウラシルを有する、全般的なネクサスの形状は、2つのStreptococcusファミリー間で共有されていた。対照的に、独特な二重ステムのネクサス(図24A~B)は、Lactobacillusシステムに特有で遍在した。意外なことに、ネクサス内のいくつかの塩基は、A52およびC55を含む異なるファミリー間でさえ厳密に保存されていて(図24A~B)、このモジュールの重大な役割をさらに強調した。実際に、A52は、SpyCas9の結晶構造において、標的鎖の5’末端付近の残基1103-1107の主鎖と相互作用し、タンパク質主鎖とネクサスの相互作用がPAM結合に必要であり得ることを示唆する。 The presence of a bulge with a directional twist between the lower stem (ie stitch / anti-stitch) and the upper stem (ie zipper / anti-zipper) was consistently seen throughout the variety of systems. The length of the inferior stem was highly conserved within the family and was variable between families. Interestingly, the highest level of conservation was seen with respect to the nexus sequence (Fig. 24B, Fig. 27). The general nexus shape, with GC-rich stem and offset uracil, was shared between the two Streptococcus families. In contrast, a unique double-stem nexus (FIGS. 24A-B) was unique and ubiquitous in the Lactobacillus system. Surprisingly, some bases in the nexus were strictly conserved even among different families, including A52 and C55 (FIGS. 24A-B), further emphasizing the critical role of this module. In fact, A52 interacts with the backbone of residues 1103-1107 near the 5'end of the target chain in the crystal structure of SpyCas9, and protein backbone-nexus interactions 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 Cas9 protein orthogonality. The findings described herein suggest a potential relationship between the sequence and structure of sgRNAs and the diversity of Cas9 proteins. This observation prompted us to determine the sgRNA module that defines the Cas9 orthologous group. Therefore, we have two naturally coexisting orthologous S. cerevisiae. A thermophilus type II system, ie, endonucleases from Sth1 Cas9 and Sth3 Cas9, was selected (Horverse, 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), in which specific mutations in the sgRNA promoted cleavage activity in Cas9, which was prevousry orthologous. I tested if I could do it. We include Cas9 target sites that overlap with respect to the Sth1Cas9 and Sth3Cas9 systems. Regions within the colli genome were identified and it was confirmed that cleavage occurred at 1 nucleotide (FIG. 29B) and that the PAM sequences preferably overlap. 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 drive self-targeting by either Sth1Cas9 or Sth3Cas9 (Gomaa, A.A. et al. MBio. 5, e00928-13 (2014)) and tested their ability. Initially, we confirmed that these two systems were actually orthogonal in this assay system, and that each guide alone drives targeting at its cognate Cas9 (Fig. 29C). We then showed that swapping spacer sequences results in sgRNAs with CRISPR3 spacers and CRISPR1 backbones that can support Sth1Cas9 cleavage activity. However, the opposite is not true for Sth3Cas9 activity. The sgRNA containing the CRISPR1 spacer and the CRISPR3 backbone does not support Sth3Cas9 activity (Fig. 29C). We hypothesize that this one-way reciprocity is due to the flexibility of the spatial requirements between the protospacer and PAM in the SthCRISPR1 system (Chen et al. J. Biol. Chem. Doi: 10. 1074 / jbc.M113.359726. (2014)) (Fig. 29C, upper panel). We then showed that the functionality between sgRNA and Cas9 can be altered simply by exchanging nexus-hairpin combinations between the two orthogonal systems. The main result 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 notion that the CRISPR repeat sequence plays an important role in the definition of the CRISPR-Cas system for orthologous. However, these results show that chimeric sgRNAs with altered nexus sequences can reprogram orthogonality in a predictable and unidirectional way, further adding orthogonal Cas9 proteins associated with different PAMs. It is 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 have begun 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 when binding to guide RNA, Cas9 undergoes dramatic conformational changes to promote target DNA binding and cleavage structures. (Jinek, M. et al., Science 343,6176 (2014). The crystal structure is consistent with the image taken by the electron microscope, and SpyCas9: sgRNA: DNA: complex and apo-SpyCas9 Substantial rearrangement of RNA- and DNA-binding domains has been performed between the two structures, indicating that they occupy significantly different 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, aligns many important components of protein and sgRNA, both protein and RNA. The arginine-rich bridge helix binds to the nexus base and lower stem upon binding to sgRNA: DNA. In addition, the nexus receives a target DNA duplex for cleavage. , Two small regions from two lobes of SpyCas9 (we propose to establish as Nexus Interacting Region 1 (NIR1) 446-497, and Nexus Interacting Region 2 (NIR2) 1105-1138). Both of these regions are disordered within the apoSpyCas9 structure and contain, among other things, two tryptophan residues identified as important in PAM recognition 21. NIR2 is also directly with the inferior stem. The surface that interacts and opposes the nexus-binding site is very close to the 3'end of the target chain, suggesting that interaction with the nexus may be necessary to align the PAM recognition site. In particular, in the Actinomyces naeslundii Cas9 (AnaCas9) apo-structure (Jinek, M. et al., Science 343, 6176 (2014)), NIR2 is arranged and contains the insertion of about 50 amino acids. Motivation to think that large nexus (and possibly 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 different features within the guide RNA and establish bulge and nexus as structure-and sequence-specific properties that guide Cas9 targeting and cleavage. This is more suitable as a basis for optimizing sgRNA compositions and packaging to adeno-related viruses, etc., which contain smaller regions of double-stranded RNA that potentially provoke a congenital immune response. Provides a design with the opportunity to design a short, minimal guide RNA. This understanding of the Type II CRISPR-Cas system can be found 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 have been conducted. Confirm that the nexus sequence in the guide is critical for guiding Cas9 towards the complementary DNA and for 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 paves the way for the development of new Cas9 proteins that have the potential to harness the diversity of natural Cas9 orthologs. Includes a short Cas9 variant for convenient packaging and delivery. In addition, the ability to reprogram Cas9 with chimeric mgRNA is a flexible control of target frequency (frequent short PAMs) and specificity due to reduced off-target cleavage (longer PAMs are rare). Will allow for increased use of various PAMs for (occur). It also opens up multiple opportunities by using a single Cas9 with various chimeric guides, or by using an orthogonal system simultaneously with different combinations of standard or chimeric sgRNAs. In summary, our findings pave the way for Cas9-dependent DNA targeting and set the stage for the development of next-generation CRISPR-based technologies.

実施例3。
CRISPR1座およびCRISPR3座由来のcas9遺伝子を、S.thermophilus LMD-9由来のゲノムDNAからPCR増幅し、pwtCas9-細菌にクローニングした(Addgene #44250))(Qi,L.S. et al.Cell 152,1173-1183(2013))。sgRNA-発現プラスミドを構築するために、pdCas9-細菌プラスミド(Addgene #44249)(Id.)内のSpeI制限部位を除去し、CRISPR1またはCRISPR3座に基づくzraP-ターゲッティングsgRNAをコードするgBlock(IDT)を、pgRNA-細菌プラスミド(Addgene#44251)(Id.)のPCR-増幅された主鎖と組み合わせた。形質転換分析のためにE.coli K-12を用いて、形質転換効率は、以前に説明されるとおりに(Gomaa,A.A.et al.MBio.5,e00928-13(2014))、試験されたsgRNAプラスミドに関する形質転換体の数を、psgRNA-C1-T4コントロールプラスミドに関する形質転換体の数で割ることにより計算した。
Example 3.
Cas9 genes from the CRISPR1 and CRISPR3 loci were presented in S. cerevisiae. PCR amplification was performed from genomic DNA derived from thermus thermophilus LMD-9 and cloned into pwtCas9-bacterium (Addgene # 44250)) (Qi, L.S. et al. Cell 152, 1173-1183 (2013)). To construct an sgRNA-expression plasmid, remove the Spei restriction site in the pdCas9-bacterial plasmid (Addgene # 44249) (Id.) And use gBlock (IDT) encoding a zraP-targeting sgRNA based on the CRISPR1 or CRISPR3 locus. , PgRNA-Bacterial plasmid (Addgene # 44251) (Id.) In combination with PCR-amplified main strand. For transformation analysis E. Using colli K-12, the transformation efficiency was as previously explained (Gomaa, A.A. et al. MBio. 5, e00928-13 (2014)), transformation for the sgRNA plasmid tested. The number of bodies was 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 a Cas9-expression plasmid, the Cas9 gene from the CRISPR1 locus (Sth1-Cas9) and the CRISPR3 locus (Sth3-Cas9) was subjected to S. cerevisiae. PCR amplification was performed from genomic DNA extracted from thermophilus LMD-9. Each PCR product was combined with the PCR-amplified backbone of pwtCas9-bacteria (Addgene # 44250) (Qi, L.S. et al. Cell 152, 1173-1183 (2013)) by Gibson assembly. To construct an sgRNA-expression plasmid, the SpeI restriction site in the pdCas9-bacterial plasmid (Addgene # 44249) (Id.) Was removed, blunt-ended, religated and pdCas9ΔSpeI plasmid by digesting the plasmid with SpeI. Produced. Separately, S.M. A gBlock (IDT) encoding a zraP-targeting sgRNA based on the CRISPR1 (C1) or CRISPR3 (C3) locus in thermophylus LMD-9, pgRNA-bacterial plasmid (Addgene # 44251) (Id.) By Gibson assembly. In combination with the PCR-amplified backbone of the original S. cerevisiae. 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 then ligated together to form psgRNA-SthC1 and psgRNA-SthC3. To modify the sgRNA sequence, 5'phosphorylated oligonucleotides were ligated by annealing to the SpI / KpnI or KpnI / HindIII sites of the psgRNA-C1 or psgRNA-C3 plasmid. 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。 Strain and growth conditions. E. colli K-12 subst. MG1655 (genotype: E. coli K-12 F λ-ilvG-rfb-5C rf-1) was used for all transformation analyzes. Strains were aerobically grown 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. 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 stock of cells carrying the indicated Cas9-expression plasmid was streaked for isolation and individual colonies were inoculated into 3 ml LB medium and cultured overnight. The resulting culture was back-diluted in 45 ml of LB medium, measured with a Nanodrop 2000c spectrophotometer (Thermo Scientific) and grown until ABS 600 reached 0.6-0.8. The cultures were then pipeted 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 a MicroPulser Electroporator (BioRad) and recovered in 300 μl 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. The transformation efficiency is as previously explained (Gomaa, A.A. et al. MBio. 5, e00928-13 (2014)), which indicates the number of transformants for the DgRNA plasmid tested psgRNA-C1-. Calculated by dividing by the number of transformants for the T4 control plasmid. To reduce variability between experiments in transformation efficiency, the tested sgRNA and control plasmids were transformed into the same batch of electrocompetent cells. Similarly, for FIGS. 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, FIG. 30; Lrh). -Lactobacillus rhamnosus, FIG. 32; Lca-Lactobacillus casei, FIG. 31. The plasmid was designed to contain the same protospacer sequence as the first spacer sequence within the host's CRISPR locus. Adjacent to the protospacer at full PAM. As such, various plasmids were designed (NTAAC for Lga; NNGAA for Lca; NGAAA for Lrh; PAM regions are the nucleotides underlined in FIGS. 30-32, and their mutated variants (efficiency tested). The nucleotides obtained are italic). Also, the experiments were performed with the control's non-targeting sequence (the penultimate entry for each experiment shown in FIGS. 30-32, and a control plasmid without a target sequence). (The last entry for each experiment shown in FIGS. 30-32 was also included. The ability of the natural CRISPR-Cas system to prevent plasmid uptake by DNA targeting is the ability of the test sequence and the transformation efficiency between the two aforementioned controls. Measured as a 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 transcoded CRISPR (tracr) nucleic acid (eg, tracrRNA, tracrDNA) construct.
From 5'to 3',
Optional anti-zipper sequence containing at least about 3 nucleotides; bulge sequence containing at least about 3 nucleotides; anti-stitch sequence containing NNANN nucleotide sequence; TNANNC, T (A / C) A (A /) G) (G / A) C, TCAAAC, TAAGGC, GATAAGG, GATAAGGCTT, TCAAG, TCAAGCAA, T (C / A) AA (A / C) (C / A) (A / G) (A / T), GATAAGGCCATGCC , TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or nexus sequence containing a nucleotide sequence of TCAAACAAAGCTTCAGC; and a hairpin sequence containing a nucleotide sequence having at least one hairpin.
The hairpin contains at least three matching base pairs and contains
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 said. It is located just upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located just upstream of the hairpin sequence.
Synthetic transcoded 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.
In the direction of 3'to 5',
Optional zipper sequence containing at least about 3 nucleotides, bulge sequence containing nucleotide sequence having at least 2 nucleotides, stitch sequence containing nucleotide sequence of NNTN , GR1 containing nucleotide G or GTT, and 5' A spacer sequence having an end and a 3'end, the 3'end containing a spacer sequence containing at least 7 nucleotides having 100% complementarity with the target DNA.
The zipper sequence, if present, is located just upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located just upstream of the stitch sequence, and the stitch sequence is located just upstream of the GR1 . And the GR1 is located just upstream of the spacer array.
Synthetic CRISPR nucleic acid construct.
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。
Synthetic CRISPR nucleic acid array
Includes a nucleotide sequence encoding two or more CRISPR nucleic acid constructs of claim 2.
Here, the two or more CRISPR nucleic acid constructs are located immediately next to each other on the nucleotide sequence, and
The stitch sequences of the two or more CRISPR nucleic acid constructs are identical and
The spacer sequences of the two or more CRISPR nucleic acid constructs are identical or non-identical, and
If present, the zipper sequences of the two or more CRISPR nucleic acid constructs are identical.
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.
The stitch sequence of the synthetic CRISPR nucleic acid construct hybridizes to the anti-stitch sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct 100% complementary.
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 hybridizes to the anti-zipper sequence of the synthetic tracr nucleic acid construct at least about 70% complementary.
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.
It further comprises a nucleotide sequence encoding an amino acid sequence having at least 70% identity with the amino acid sequence encoding the Cas9 nuclease.
A synthetic tracr nucleic acid construct, a synthetic CRISPR nucleic acid construct, a CRISPR nucleic acid array, or a chimeric nucleic acid construct.
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。
A synthetic tracr nucleic acid construct, a synthetic CRISPR nucleic acid construct, a CRISPR nucleic acid array, or a chimeric nucleic acid construct according to claim 5.
The Cas9 nuclease is Cas9 from the Streptococcus thermophilus CRISPR 1 (Sth CR1) group of Cas9 nucleases.
The Cas9 nuclease is Cas9 from the Streptococcus thermophilus CRISPR 3 (Sth CR3) group of Cas9 nucleases.
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 rhhamnosus GG (Lrh) group of Cas9 nucleases.
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。
A synthetic tracr nucleic acid construct, a synthetic CRISPR nucleic acid construct, a CRISPR nucleic acid array, or a chimeric nucleic acid construct according to claim 5.
The amino acid sequence encoding the Cas9 nuclease is selected from the group of amino acid sequences of SEQ ID NOs: 1 to 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, the synthetic CRISP nucleic acid construct, the CRISPR nucleic acid array, or the chimeric nucleic acid construct according to claim 5.
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 from the Lactobacillus rhhamnosus 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。
A synthetic tracr nucleic acid construct, a synthetic CRISPR nucleic acid construct, a CRISPR nucleic acid array, or a chimeric nucleic acid construct according to any one of claims 6 to 8.
The Cas9 nuclease contains a mutation within 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。
A synthetic tracr nucleic acid construct, a synthetic CRISPR nucleic acid construct, a CRISPR nucleic acid array, or a chimeric nucleic acid construct according to 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。
A synthetic tracr nucleic acid construct, a synthetic CRISPR nucleic acid construct, a CRISPR nucleic acid array, or a chimeric nucleic acid construct according to 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
The synthetic tracr nucleic acid construct of any one of claims 1 or 5 to 11, the synthetic CRISPR nucleic acid construct of any one of claims 2 or 5 to 11, any one of claims 3 or 5 to 11. The CRISPR nucleic acid array according to claim, or the 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。
It ’s a cell,
The synthetic tracr nucleic acid construct of any one of claims 1 or 5 to 11, the synthetic CRISPR nucleic acid construct of any one of claims 2 or 5 to 11, any one of claims 3 or 5 to 11. The CRISPR nucleic acid array according to claim, or the chimeric nucleic acid construct according to any one of claims 4 to 11, or the 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.
The cells include stem cells, somatic cells, germ cells, plant cells, animal cells, bacterial cells, paleobacterial cells, fungal cells, mammalian cells, insect cells, avian cells, fish cells, amphibian cells, spore animal cells, and 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.
The step of contacting the chimeric nucleic acid construct according to any one of claims 4 to 10 or the expression cassette according to claim 12 is included.
The expression cassette comprises the chimeric nucleic acid construct of any one of claims 4-10 with the target DNA in the presence of Cas9 nuclease, thereby defined by complementary hybridization of the spacer sequence to the target DNA. In the region, a site-specific cleavage of the target DNA occurs.
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.
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 RuvC active site motif, thereby cleaving the (+) strand of the double-stranded target to give a site-specific nick to the (+) of the double-stranded target DNA. Generated in a chain or
The site-specific cleavage is a site-specific nick of the (-) strand of the double-stranded target DNA.
The Cas9 nuclease contains a point mutation within the HNH active site motif, thereby cleaving the (-) strand of the double-stranded target DNA to give a site-specific nick to the (-) strand of the double-stranded target DNA. Generate in,
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.
Including the following steps:
The step of contacting a transcoded CRISPR (tracr) nucleic acid molecule and a CRISPR nucleic acid molecule with the target DNA in the presence of Cas9 nuclease, where.
(A) The tracr nucleic acid molecule contains an optional anti-zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 5'to 3'direction; a bulge sequence containing at least about 3 nucleotides; a nucleotide sequence of NNANN. Anti-stitch sequence 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), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAGCAAAGC, a nexus sequence containing a nucleotide sequence; Encoded by the sequence, the hairpin contains at least three matching base pairs, the anti-zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence, and the bulge sequence is the anti-zipper sequence. Located just upstream of the stitch sequence, the anti-stitch sequence is located just upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located just upstream of the hairpin sequence; and
(B) The CRISPR nucleic acid molecule is an optional zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 3'to 5'direction, a bulge sequence containing a nucleotide sequence having at least about 2 nucleotides, and nucleotides of NNTNN. A stitch sequence containing a sequence, GR1 containing a nucleotide G or GTT , and a spacer sequence having a 5'end and a 3'end, at least 7 having 100% identity with the target DNA at the 3'end. The zipper sequence is located just upstream of the bulge sequence, the bulge sequence is located just upstream of the stitch sequence, and the stitch sequence is located just upstream of the bulge sequence. It is located just upstream of said GR1 and said GR1 is located just upstream of said spacer sequence and
Further, here, when the anti-zipper sequence and the anti-stitch sequence are present, the anti-zipper hybridizes to the zipper sequence, and the stitch sequence hybridizes to the anti-stitch sequence. The spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule is at least about 80% complementary and hybridizes with a portion of the target DNA (adjacent to the protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA), thereby hybridizing the target DNA. Causes site-specific cleavage of the target DNA within the region defined by the complementary binding of the spacer sequence of the CRISPR nucleic acid molecule to.
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.
The double-stranded target DNA is described below:
(A) Anti-zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the direction from 5'to 3'; bulge sequence containing at least about 3 nucleotides; anti-stitch sequence containing NNANN nucleotide sequence; TNANNC, T (A / C) A (A / G) (G / A) C, TCAAAC, TAAGGC, GATAAGG, GATAAGGCTT, TCAAG, TCAAGCAA, T (C / A) AA (A / C) (C / A) (A / A first nucleotide sequence (the hairpin comprises a nexus sequence comprising a nucleotide sequence of G) (A / T), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or TCAAACAAAGCTTCAGC; and a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin. The anti-zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence and the bulge sequence is located just upstream of the anti-stitch sequence. , The anti-stitch sequence is located just upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located just upstream of the hairpin sequence);
(B) 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 a nucleotide sequence of NNTN, a nucleotide G or GTT in the direction from 3'to 5'. GR1 containing, and a spacer sequence having at least 7 nucleotides having 5'ends and 3'ends at the 3'end having 100% identity with the target DNA. Two nucleotide sequences (the zipper sequence, if present, located immediately upstream of the bulge sequence, the bulge sequence located immediately upstream of the stitch sequence, the stitch sequence immediately upstream of the GR1 ). It is located upstream and said GR1 is located just upstream of said spacer sequence); and (c) a third encoding an amino acid sequence having at least 80% identity with the amino acid sequence encoding the Cas9 nuclease. Including the step of contacting with a chimeric nucleic acid containing the nucleotide sequence of
Here, if the anti-zipper sequence and the zipper sequence are present, they hybridize with 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). Soybeans, thereby causing 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.
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。
17 or the method of 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 RuvC active site motif, thereby cleaving the (+) strand of the double-stranded DNA at a cleavage site located 5 nucleotides upstream of the PAM sequence, site-specific. Generates 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。
17 or the method of 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, thereby cleaving the (-) strand of the double-stranded DNA at a cleavage site located 5 nucleotides upstream of the PAM sequence, site-specific. Generates 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。
The method according to any one of claims 15 to 20.
The Cas9 nuclease is Cas9 from the Streptococcus thermophilus CRISPR 1 (Sth CR1) group of Cas9 nucleases.
The Cas9 nuclease is Cas9 from the Streptococcus thermophilus CRISPR 3 (Sth CR3) group of Cas9 nucleases.
The Cas9 nuclease is a Cas9 nuclease from the Lactobacillus buchneri CD034 (Lb) group of Cas9 nucleases, or the Cas9 nuclease is a Cas9 nuclease from the Lactobacillus rhhamnosus 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。
The method according to any one of claims 15 to 20.
The amino acid sequence encoding the Cas9 nuclease is selected from the group of amino acid sequences of SEQ ID NOs: 1 to 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.
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 TCAAAC or TCAAACAAAGCTTCAGC, and the Cas9 nuclease is Cas9 nuclease, Cas9. 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 of site-specific targeting of a target polypeptide against a double-stranded (ds) target DNA.
The step of contacting the chimeric nucleic acid construct of claim 8 or the expression cassette of claim 12 with the target DNA is included.
Here, the expression cassette contains the chimeric nucleic acid construct of claim 8, whereby the target polypeptide fused to Cas9 is targeted to a specific site on the target DNA, and the site is , 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 of site-specific targeting of a target polypeptide against a double-stranded (ds) target DNA.
A step of contacting a transcoded CRISPR (tracr) nucleic acid molecule and a CRISPR nucleic acid molecule with the target in the presence of Cas9 nuclease DNA, wherein
(A) The tracr nucleic acid molecule contains an optional anti-zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 5'to 3'direction; a bulge sequence containing at least about 3 nucleotides; a nucleotide sequence of NNANN. Anti-stitch sequence 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), GATAAGGCCATGCC, TAAGGCTAGTCC, TCAAGCAAAGC, or nexus sequence comprising a nucleotide sequence of TCAAACAAAGCTTCAGC; and a hairpin sequence comprising a nucleotide sequence having at least one hairpin. Encoded by a nucleotide sequence, the hairpin contains at least three matching base pairs, the anti-zipper sequence, if present, is located immediately upstream of the bulge sequence, and the bulge sequence is said anti. -The anti-stitch sequence is located just upstream of the stitch sequence, the anti-stitch sequence is located just upstream of the nexus sequence, and the nexus sequence is located just upstream of the hairpin sequence; and (b) the CRISPR. The nucleic acid molecule is an optional zipper sequence containing at least about 3 nucleotides in the 3'to 5'direction, a bulge sequence containing a nucleotide sequence having at least about 2 nucleotides, and a stitch sequence containing a nucleotide sequence of NNTNN. , GR1 containing nucleotide G or GTT, and a spacer sequence having 5'ends and 3'ends , the 3'end containing at least 7 nucleotides having 100% identity with the target DNA. Encoded by a nucleotide sequence, including the 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. The GR1 is located just upstream of the GR1, and the GR1 is located just upstream of the spacer array, and
Further, here, the Cas9 nuclease contains a mutation in the HNH activity site motif, a mutation in the RuvC activity site motif, is fused to the target polypeptide, and the anti-zipper sequence and the zipper sequence, if any, are present. Hybridize with each other, the stitch sequence is 100% complementary to the stitch sequence and hybridizes, and the spacer sequence hybridizes to the target DNA flanking the protospacer flanking motif (PAM) on the target DNA. Thereby, site-specific targeting of the target polypeptide to the target DNA occurs within the region defined by the 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。
The method according to any one of claims 17 to 23 or 25.
The PAM comprises a nucleotide sequence of GG, GGNG, AGAA, AAAAA 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。
The method according to any one of claims 15 to 26.
The Cas9 nuclease is encoded by a codon-optimized nucleotide sequence 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。
The method according to any one of claims 15 to 27.
The Cas9 nuclease contains 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。
27 or 28 of the method.
The organism is a plant, bacterium, archaea, fungus, animal, mammal, insect, bird, fish, amphibian, spore animal, 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。
The method according to any one of claims 27 and 28.
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、
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。
The method according to any one of claims 24 to 30.
The target polypeptide is helicase, nuclease, methyltransferase, gyrace, demethylase, kinase, dismutase, integrase, transposase, telomerase, recombinase, acetyltransferase, deacetylase, polymerase, phosphatase, ligase, ubixin ligase, phototriase or glycosyllase. Yes or
The target polypeptide has depurine activity, oxidation activity, pyrimidine dimer forming activity, alkylation activity, DNA repair activity, DNA damage activity, deubiquitination activity, adenylation activity, deadenylation activity, SUMOylation activity, and deSUMOlation. Includes activity, ribosylation activity, deribosylation activity, myristoylation activity, demyristoylation activity or telomere repair activity, or deaminolation 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,
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,
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,
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,
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 target polypeptide against double-stranded (ds) target DNA.
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 target polypeptide against double-stranded (ds) target DNA.
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 target polypeptide against double-stranded (ds) target DNA.
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 target polypeptide against double-stranded (ds) target DNA.
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。
The kit of claim 32 or 36.
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。
The kit of claim 32 or 36.
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。
33 or 37 of the kit.
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 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。
The kit of claim 35 or 39, wherein
The chimeric nucleic acid construct is contained within the 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
The synthetic tracr nucleic acid construct, the synthetic CRISPR nucleic acid construct and / or the CRISPR nucleic acid array are 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。
The kit of claim 32 or 36.
Further contains primers to generate 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 containing 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 according to 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。
The kit according to any one of claims 36 to 39.
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。
A kit according to any one of claims 32 to 49, further including instructions for use.
kit.
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