KR20240020336A - Protospacer Adjacent Motif-independent mutant Cas9 protein - Google Patents

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KR20240020336A
KR20240020336A KR1020220097563A KR20220097563A KR20240020336A KR 20240020336 A KR20240020336 A KR 20240020336A KR 1020220097563 A KR1020220097563 A KR 1020220097563A KR 20220097563 A KR20220097563 A KR 20220097563A KR 20240020336 A KR20240020336 A KR 20240020336A
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김양균
최희정
이슬기
최진혁
원영은
박은주
원혁
김용호
김남형
김선홍
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

PAM 서열에 비의존적인 돌연변이 Cas9 단백질 등에 관한 것이다. Cas9-PAMless1이 PAM 서열에 대해 의존하지 않고 타겟 유전자에 대해 절단활성을 발휘하는 것을 확인하였고, 복귀 돌연변이들에서도 PAM 서열-비의존성 DNA 절단 활성을 확인하였다. 또한, Cas9-PAMless1에 의해 절단된 DNA 기질의 PAM 위치에서는 특정 염기에 대한 선호도가 없는 것을 확인하였을 뿐만 아니라, Lambda DNA에서 Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성을 확인하였다. 따라서, 표적서열 선정의 범위를 다양화하고 확장할 수 있는 본 발명의 Cas9-PAMless1을 유전자 치료, 및 유전자가위에 기반한 진단시스템의 개발 등에 사용될 수 있을 것으로 기대된다.It relates to a mutant Cas9 protein that is independent of the PAM sequence. It was confirmed that Cas9-PAMless1 exerts cleavage activity on the target gene without dependence on the PAM sequence, and PAM sequence-independent DNA cleavage activity was also confirmed in reversion mutants. In addition, not only was it confirmed that there was no preference for a specific base at the PAM position of the DNA substrate cleaved by Cas9-PAMless1, but also the PAM-less activity of Cas9-PAMless1 was confirmed on Lambda DNA. Therefore, it is expected that Cas9-PAMless1 of the present invention, which can diversify and expand the scope of target sequence selection, can be used for gene therapy and the development of a diagnostic system based on gene scissors.

Description

PAM 서열에 비의존적인 돌연변이 Cas9 단백질{Protospacer Adjacent Motif-independent mutant Cas9 protein} Mutant Cas9 protein independent of PAM sequence {Protospacer Adjacent Motif-independent mutant Cas9 protein}

PAM 서열에 비의존적인 돌연변이 Cas9 단백질에 관한 것이다.It relates to a mutant Cas9 protein that is independent of the PAM sequence.

CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)-Cas9 시스템은 대부분 바이러스 같은 외부 침입자에 대한 저항성을 제공하는 원핵생물, 고세균의 면역 시스템으로서, 보통 타입 I, 타입 II, 타입 III 등으로 분류된다. CRISPR/Cas9 시스템은 이를 구성하는 Cas9 및 guide RNA (gRNA)에 의하여 타겟 DNA 상에 이중가닥절단(double-strand break, DSB)을 생성시키고, 세포는 이를 손상부위로 인식하여 비상동적 말단접합(non-homologous end joining, NHEJ) 또는 상동성 기반수복(homology-directed repair, HDR)에 의한 통상적인 DNA repair 과정을 유도한다. 이 과정에서 변이 또는 유전자 교체에 의한 정상화가 가능하기 때문에, 이를 활용하여 게놈 편집을 유도할 수 있다.The CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)-Cas9 system is an immune system of prokaryotes and archaea that provides resistance to external invaders, mostly viruses, and is usually classified into type I, type II, and type III. The CRISPR/Cas9 system creates a double-strand break (DSB) on the target DNA by Cas9 and guide RNA (gRNA) that make up the system, and the cell recognizes this as a damaged site and causes non-homologous end joining (non-homologous end joining). -Induces the conventional DNA repair process by homologous end joining (NHEJ) or homology-directed repair (HDR). Since normalization through mutation or gene replacement is possible during this process, this can be used to induce genome editing.

CRISPR/Cas9 시스템의 Cas9 유전자가위는 gRNA를 사용하여 표적 DNA 서열과 상보적인 결합을 형성한다. 따라서 다양한 염기서열을 가진 표적에 대한 유전자가위의 제작은 gRNA 설계 수준에서 쉽게 수행될 수 있다. The Cas9 gene scissors of the CRISPR/Cas9 system uses gRNA to form a complementary bond with the target DNA sequence. Therefore, the construction of gene scissors for targets with various base sequences can be easily performed at the gRNA design level.

그러나 Cas9 유전자가위를 실제 사용할 때 Cas9 단백질이 gRNA로 표적 DNA 서열과 결합하기 전에 PAM (protospacer adjacent motif)이라는 짧은 길이의 특정 DNA 서열에 결합하는 과정이 선행되어야하기 때문에, DNA 절단을 일으키고자 하는 위치의 표적서열을 선정할 때 표적으로 적합한 염기서열의 선택범위를 제한하는 문제점이 존재한다. However, when actually using Cas9 gene scissors, the Cas9 protein must first bind to a short specific DNA sequence called PAM (protospacer adjacent motif) before binding to the target DNA sequence with gRNA, so the location where DNA cutting is to occur is necessary. When selecting a target sequence, there is a problem that limits the selection range of a base sequence suitable as a target.

PAM 서열의 인지는 gRNA와 관계없이 Cas9 단백질 자체에 의한 것이기 때문에 특정 Cas9이 인지하는 PAM 서열은 고정되어 있으므로, 이를 극복하기 위한 방법으로, Cas9이 다른 PAM 서열을 인지할 수 있도록 개량하거나 기존의 Cas9들이 가지는 PAM 인지 서열과는 다른 새로운 종류의 Cas9 상동체 (homolog)를 발굴하는 것 등이 연구되고 있다. Since the recognition of the PAM sequence is by the Cas9 protein itself, regardless of the gRNA, the PAM sequence recognized by a specific Cas9 is fixed. As a way to overcome this, either improve Cas9 so that it can recognize other PAM sequences, or modify the existing Cas9 Research is being conducted to discover new types of Cas9 homologs that are different from the PAM recognition sequence they have.

본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여, Cas9 자체가 PAM-less 인지활성을 가지도록 하는 돌연변이 Cas9 단백질을 개발하였다. 즉 PAM 서열 위치에 어떤 염기서열이 오더라도 표적서열과 결합할 수 있는 새로운 변이체 Cas9을 개발한 것이다.In order to solve the above problem, the present inventors developed a mutant Cas9 protein that allows Cas9 itself to have PAM-less recognition activity. In other words, a new variant of Cas9 was developed that can bind to the target sequence no matter what base sequence is in the PAM sequence position.

대한민국 등록특허 제10-1897213호Republic of Korea Patent No. 10-1897213

본 발명의 목적은 PAM (protospacer adjacent motif) 서열 비의존성 활성을 가지며;The object of the present invention is to provide PAM (protospacer adjacent motif) sequence-independent activity;

서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 N 말단으로부터 1226 내지 1323 아미노산 위치의 아미노산이 결실되는 것을 특징으로 하는, 돌연변이 Cas9 단백질을 제공하는 것이다.To provide a mutant Cas9 protein, characterized in that the amino acid at positions 1226 to 1323 amino acids from the N terminus in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 is deleted.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 돌연변이 Cas9 단백질을 암호화하는 핵산을 포함하는, 재조합 벡터를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a recombinant vector containing a nucleic acid encoding the mutant Cas9 protein of the present invention.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 돌연변이 Cas9 단백질, 및 gRNA를 포함하는, 단백질 복합체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a protein complex comprising the mutant Cas9 protein of the present invention and gRNA.

본 발명의 또 다른 목적은 기존에 알려져 있는 DNA 절단이 불활성화된 deactivated Cas9 (dCas9)의 제작원리를 적용하여 dCas9-PAMless1을 제작하고 이를 염기교정(base-editor) 유전자가위, 또는 유전자 발현 조절을 위한 전사인자로 작용할 수 있는 단백질의 DNA 결합 도메인으로 활용할 수 있는 단백질 복합체를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to produce dCas9-PAMless1 by applying the previously known manufacturing principle of deactivated Cas9 (dCas9), which is inactivated by DNA cutting, and to use it as a base-editor gene scissors or to regulate gene expression. The goal is to provide a protein complex that can be used as the DNA-binding domain of a protein that can act as a transcription factor.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 돌연변이 Cas9 단백질을 유효성분으로 포함하는, 유전자 교정용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for gene correction comprising the mutant Cas9 protein of the present invention as an active ingredient.

본 발명의 또 다른 목적은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 N 말단으로부터 1226 내지 1323 아미노산 위치의 아미노산을 결실시키는 단계를 포함하는, 돌연변이 Cas9 단백질의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a mutant Cas9 protein, comprising the step of deleting the amino acid at positions 1226 to 1323 amino acids from the N terminus in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.

그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 PAM (protospacer adjacent motif) 서열 비의존성 활성을 가지며;In order to achieve the above object of the present invention, the present invention has PAM (protospacer adjacent motif) sequence-independent activity;

서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 N 말단으로부터 1226 내지 1323 아미노산 위치의 아미노산이 결실되는 것을 특징으로 하는, 돌연변이 Cas9 단백질을 제공한다.Provided is a mutant Cas9 protein, characterized in that the amino acid at positions 1226 to 1323 amino acids from the N terminus in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 is deleted.

또한, 본 발명은 본 발명의 돌연변이 Cas9 단백질을 암호화하는 핵산을 포함하는, 재조합 벡터를 제공한다.Additionally, the present invention provides a recombinant vector comprising a nucleic acid encoding the mutant Cas9 protein of the present invention.

또한, 본 발명은 본 발명의 돌연변이 Cas9 단백질, 및 gRNA를 포함하는, 단백질 복합체를 제공한다.The present invention also provides a protein complex comprising a mutant Cas9 protein of the present invention and a gRNA.

또한, 본 발명은 본 발명의 돌연변이 Cas9 단백질을 유효성분으로 포함하는, 유전자 교정용 조성물을 제공한다.Additionally, the present invention provides a composition for gene correction, comprising the mutant Cas9 protein of the present invention as an active ingredient.

또한, 본 발명은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 N 말단으로부터 1226 내지 1323 아미노산 위치의 아미노산을 결실시키는 단계를 포함하는, 돌연변이 Cas9 단백질의 제조방법을 제공한다.Additionally, the present invention provides a method for producing a mutant Cas9 protein, comprising the step of deleting the amino acid at positions 1226 to 1323 amino acids from the N terminus in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.

또한, 본 발명은 본 발명의 돌연변이 Cas9 단백질을 유효성분으로 포함하는 유전자 교정용 조성물의 유전자 교정 용도를 제공한다.Additionally, the present invention provides the use of a gene editing composition containing the mutant Cas9 protein of the present invention as an active ingredient for gene editing.

또한, 본 발명은 본 발명의 돌연변이 Cas9 단백질을 유효성분으로 포함하는, 유전자 교정용 조성물 제조를 위한 용도를 제공한다.In addition, the present invention provides a use for manufacturing a composition for gene editing comprising the mutant Cas9 protein of the present invention as an active ingredient.

또한, 본 발명은 본 발명의 돌연변이 Cas9 단백질을 유효성분으로 포함하는, 유전자 교정용 조성물을 사용한 유전자 교정 방법을 제공한다.Additionally, the present invention provides a gene editing method using a composition for gene editing containing the mutant Cas9 protein of the present invention as an active ingredient.

본 발명의 일 구현예에서 상기 돌연변이 Cas9 단백질은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 D1135, E1219, D1332, T1337, 및 S1338로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산이 다른 아미노산으로 치환되는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment of the present invention, the mutant Cas9 protein may be characterized in that one or more amino acids selected from the group consisting of D1135, E1219, D1332, T1337, and S1338 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 are replaced with another amino acid. However, it is not limited to this.

본 발명의 다른 구현예에서 상기 돌연변이 Cas9 단백질은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 S1109, R1333, 및 R1335로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산이 다른 아미노산으로 더 치환되는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In another embodiment of the present invention, the mutant Cas9 protein may be characterized in that one or more amino acids selected from the group consisting of S1109, R1333, and R1335 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 are further substituted with another amino acid. Not limited.

본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 다른 아미노산은 리신 (K), 아르기닌 (R), 알라닌 (A), 및 아스파라긴 (N)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 아미노산인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In another embodiment of the present invention, the other amino acid may be characterized as being selected from the group consisting of lysine (K), arginine (R), alanine (A), and asparagine (N), but is not limited thereto. .

본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 돌연변이는 NHP6A 단백질 유래의 DNA 결합 도메인 (DNA binding domain)의 삽입을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In another embodiment of the present invention, the mutation may include insertion of a DNA binding domain derived from the NHP6A protein, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 DNA 결합 도메인은 서열번호 9로 표시되는 아미노산 서열에서 D17 내지 A93의 아미노산을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In another embodiment of the present invention, the DNA binding domain may be characterized as comprising amino acids D17 to A93 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 9, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 돌연변이 Cas9 단백질은 MBP(Maltose binding protein) 또는 His-tag를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In another embodiment of the present invention, the mutant Cas9 protein may further include MBP (maltose binding protein) or a His-tag, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 돌연변이 Cas9 단백질은 서열번호 4 내지 8로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 아미노산 서열로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In another embodiment of the present invention, the mutant Cas9 protein may be characterized by being represented by an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 4 to 8, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 PAM 서열은 5′-AGG-3′, 5′-TGG-3′, 5′-CGG-3′, 5′-GGG-3′, 5′-AAG-3′, 5′-TAG-3′, 5′-CAG-3′, 5′-GAG-3′, 5′-TGA-3′, 5′-AAC-3′, 5′-CAC-3′, 5′-GTA-3′, 5′-TAT-3′, 및 5′-TAA-3′으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나의 서열인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In another embodiment of the present invention, the PAM sequence is 5′-AGG-3′, 5′-TGG-3′, 5′-CGG-3′, 5′-GGG-3′, 5′-AAG-3 ′, 5′-TAG-3′, 5′-CAG-3′, 5′-GAG-3′, 5′-TGA-3′, 5′-AAC-3′, 5′-CAC-3′, It may be characterized as being any one sequence selected from the group consisting of 5′-GTA-3′, 5′-TAT-3′, and 5′-TAA-3′, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 재조합 벡터가 발현하는 단백질은 5′-AGG-3′, 5′-TGG-3′, 5′-CGG-3′, 5′-GGG-3′, 5′-AAG-3′, 5′-TAG-3′, 5′-CAG-3′, 5′-GAG-3′, 5′-TGA-3′, 5′-AAC-3′, 5′-CAC-3′, 5′-GTA-3′, 5′-TAT-3′, 및 5′-TAA-3′으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나의 PAM 서열을 인식하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In another embodiment of the present invention, the proteins expressed by the recombinant vector are 5′-AGG-3′, 5′-TGG-3′, 5′-CGG-3′, 5′-GGG-3′, 5′ -AAG-3′, 5′-TAG-3′, 5′-CAG-3′, 5′-GAG-3′, 5′-TGA-3′, 5′-AAC-3′, 5′-CAC It may be characterized by recognizing any one PAM sequence selected from the group consisting of -3′, 5′-GTA-3′, 5′-TAT-3′, and 5′-TAA-3′, but is limited to this. It doesn't work.

본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 재조합 벡터는 MBP (Maltose binding protein)를 암호화하는 핵산, 또는 His-tag를 암호화하는 핵산을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In another embodiment of the present invention, the recombinant vector may further include a nucleic acid encoding MBP (Maltose binding protein), or a nucleic acid encoding a His-tag, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 재조합 벡터는 His-tag를 암호화하는 핵산; MBP를 암호화하는 핵산; 및 본 발명의 돌연변이 Cas9 단백질을 암호화하는 핵산이 순차적으로 배열되어 있는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In another embodiment of the present invention, the recombinant vector includes a nucleic acid encoding a His-tag; Nucleic acid encoding MBP; and the nucleic acid encoding the mutant Cas9 protein of the present invention may be sequentially arranged, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 재조합 벡터는 서열번호 4 내지 8로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산 서열로 표시되는 단백질을 암호화하는 핵산을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In another embodiment of the present invention, the recombinant vector may be characterized as comprising a nucleic acid encoding a protein represented by one or more amino acid sequences selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 4 to 8, but is not limited thereto.

본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 gRNA는 서열번호 10 내지 13으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 염기서열로 표시되는 표적서열에 상보적으로 결합하는 도메인을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In another embodiment of the present invention, the gRNA may be characterized as comprising a domain that binds complementary to a target sequence represented by one or more base sequences selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 10 to 13, but is not limited thereto. No.

본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 제조방법은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 D1135, E1219, D1332, T1337, 및 S1338로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산을 다른 아미노산으로 치환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In another embodiment of the present invention, the production method further comprises the step of substituting one or more amino acids selected from the group consisting of D1135, E1219, D1332, T1337, and S1338 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 with another amino acid. It may be characterized by, but is not limited to, this.

본 발명의 또 다른 구현예에서 상기 제조방법은 NHP6A 단백질 유래의 DNA 결합 도메인 (DNA binding domain)을 삽입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In another embodiment of the present invention, the production method may further include the step of inserting a DNA binding domain derived from the NHP6A protein, but is not limited thereto.

Cas9-PAMless1이 PAM 서열에 대해 의존하지 않고 타겟 유전자에 대해 절단활성을 발휘하는 것을 확인하였고, 복귀 돌연변이들에서도 PAM 서열-비의존성 DNA 절단 활성을 확인하였다. 또한, Cas9-PAMless1에 의해 절단된 DNA 기질의 PAM 위치에서는 특정 염기에 대한 선호도가 없는 것을 확인하였을 뿐만 아니라, Lambda DNA와 같은 긴 DNA의 표적위치에서 Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성을 확인하였다. 따라서, Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성은 표적서열의 제한성을 감소시켜 표적서열 선정의 범위를 다양화하고 확장할 수 있으므로, Cas9-PAMless1을 유전자 치료, 및 유전자가위에 기반한 진단시스템의 개발 등에 사용될 수 있을 것으로 기대된다.It was confirmed that Cas9-PAMless1 exerts cleavage activity on the target gene without dependence on the PAM sequence, and PAM sequence-independent DNA cleavage activity was also confirmed in reversion mutants. In addition, it was confirmed that there was no preference for a specific base at the PAM site of the DNA substrate cleaved by Cas9-PAMless1, and the PAM-less activity of Cas9-PAMless1 was confirmed at the target site of long DNA such as Lambda DNA. Therefore, the PAM-less activity of Cas9-PAMless1 can diversify and expand the scope of target sequence selection by reducing the limitations of the target sequence, so Cas9-PAMless1 can be used for gene therapy and the development of a diagnostic system based on gene scissors. It is expected that it will be possible.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 PAM-비의존적 변이체 Cas9 유전자가위(이하, “Cas9-PAMless1”)-발현 벡터 플라스미드의 개략도이다. Cas9-PAMless1 단백질은 N-말단에 위치한 His-tag 및 MBP domain과의 융합단백질 형태로 발현된다.
도 1b는 Cas9-PAMless1 유전자의 염기서열을 나타낸 도면이다. Start codon과 stop codon을 붉은색으로 표시하고, 재조합 유전자의 합성에 필요한 제한효소 사이트 (restriction sites)를 밑줄로 표시하였다.
도 1c는 Cas9-PAMless1 단백질의 아미노산 서열을 나타낸 도면이다. 8개의 돌연변이의 위치 (붉은색), linker (굵은 글씨), 및 삽입된 NHP6A domain의 아미노산 서열(노란색) 부분의 위치를 표시하였다.
도 2는 Cas9-PAMless1의 표적서열-특이적 DNA 절단활성을 확인하기 위한 표적 플라스미드 (pTarget plasmid)의 개략도이다.
도 3은 MBP-Cas9-PAMless 단백질의 정제 과정 및 정제된 MBP-Cas9-PAMless 단백질의 순도를 확인한 결과를 나타낸 도면이다. ①은 MBP-Cas9-PAMless 융합단백질의 NTA Ni-chelating column의 용출 프로파일 (elution profile)이다. 검은색 박스로 표시된 분획을 다음 chromatography 단계에 사용하였다. ②는 MBP-Cas9-PAMless 융합단백질의 size-exclusion column의 용출 프로파일 (elution profile)이다. 검은색 박스로 표시된 분획을 농축 단계에 사용하였다. ③은 최종적으로 정제된 MBP-Cas9-PAMless 융합단백질의 순도를 확인한 결과이다.
도 4는 Cas9-PAMless1의 DNA 절단활성을 확인하기 위해, 다양한 농도의 Cas9-PAMless1로 5′-GGG-3′ PAM 서열을 가진 T1 표적서열에 대한 DNA 절단활성을 확인한 결과이다.
도 5a 내지 5c는 Cas9-PAMless1, Cas9-PAMless1-r1333/r1335, 및 Cas9-PAMless1-s1109/r1333/r1335의 PAM-less (혹은, PAM-비의존적) 활성을 확인하기 위해, 14가지의 서로 다른 PAM 서열을 가진 T1 표적서열에 대해 DNA 절단활성을 확인한 실험 결과이다.
도 6은 무작위 PAM library인 pTarget-T1-N5의 개략도이다.
도 7은 Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성을 Dideoxy sequencing으로 검증한 결과이다. 무작위 PAM library 기질에 대해 Cas9-PAMless1의 절단 실험을 수행한 후, 절단된 기질들의 PAM 서열을 분석하여, 라이브러리의 무작위화된 5개 뉴클레오티드 위치에서 각 염기에 대한 Cas9-PAMless1의 선호도를 확인하고 T1-N5 library와 비교하였다.
도 8은 Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성을 검증하기 위하여 cleavage가 일어난 pTarget-T1-N5 plasmid들이 가지는 각 NNN 조합의 구성비를 차세대 염기서열 분석법을 사용하여 분석한 결과이다. 64가지의 가능한 PAM 서열 조합이 갖는 구성비를 총합이 100이 되도록 정규화 (normalization)하고, 이를 대조군 유전자가위인 wild-type (WT) SpCas9의 결과와 비교하였다. 특정 PAM 서열에 대해 선호도가 없는 경우, 각 PAM 서열조합의 구성비 값은 1.5625에 가깝게 나타난다.
도 9a는 Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성을 검증하기 위하여 cleavage가 일어나지 않은 pTarget-T1-N5 plasmid들이 가지는 각 NNN 조합의 시간에 따른 구성비를 차세대 염기서열 분석법을 사용하여 분석한 결과이다. 특정 PAM 서열에 대한 선호도가 없는 경우, 각 PAM 서열조합의 구성비 값은 1.5625에 가깝게 나타난다.
도 9b는 Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성을 검증하기 위하여 cleavage가 일어나지 않은 pTarget-T1-N5 plasmid들이 가지는 각 NNN 조합의 시간에 따른 구성비 변화를 그래프로 나타낸 것이다. WT SpCas9의 경우 잘 알려진 선호 PAM 서열(빨간색 박스)인 5’-NGG-3’들은 빠른 시간 안에 감소함을 볼 수 있는 반면, Cas9-PAMless1은 모든 PAM 서열조합이 가지는 구성비가 좁은 범위 안에서 변하지 않고 유지된다.
도 10a는 Lambda DNA에 위치한 표적서열들에 대한 Cas9-PAMless1의 DNA 절단 활성 특이성을 분석한 결과를 나타낸 것이다. WT SpCas9의 경우 5’-TGG-3’ PAM 서열을 가진 표적에 대해서만 절단 활성을 보이는 반면, Cas9-PAMless1은 PAM 서열이 다른 3가지 표적에 대해서 모두 고른 절단활성을 보였다. 오른쪽 DNA sample들은 크기 비교를 위해 표적과 가까운 위치에 존재하는 제한효소 사이트를 제한효소로 처리하였다.
도 10b는 Cas9-PAMless1 및 두 가지 이상의 SgRNA (single guide RNA)를 사용하는 경우, Cas9-PAMless1/SgRNA 복합체의 절단 활성을 분석한 결과를 나타낸 것이다. 표적서열을 달리하는 상이한 SgRNA를 가진 복합체들이 형성되면서 하나의 반응에서 2개 이상 위치의 표적서열들을 절단할 수 있는 것으로 나타나, 상기 복합체는 제한효소를 사용한 double digestion과 같은 효과를 가지는 것으로 확인되었다.
도 11은 WT SpCas9와 비교한 Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성을 나타낸 모식도이다.
Figure 1a is a schematic diagram of a PAM-independent variant Cas9 gene scissors (hereinafter, “Cas9-PAMless1”) - expression vector plasmid according to an embodiment of the present invention. Cas9-PAMless1 protein is expressed as a fusion protein with a His-tag and MBP domain located at the N-terminus.
Figure 1b is a diagram showing the base sequence of the Cas9-PAMless1 gene. Start codon and stop codon are indicated in red, and restriction sites required for the synthesis of recombinant genes are underlined.
Figure 1c is a diagram showing the amino acid sequence of Cas9-PAMless1 protein. The positions of the eight mutations (red), the linker ( bold ), and the amino acid sequence of the inserted NHP6A domain (yellow) are indicated.
Figure 2 is a schematic diagram of the target plasmid (pTarget plasmid) for confirming the target sequence-specific DNA cleavage activity of Cas9-PAMless1.
Figure 3 is a diagram showing the purification process of MBP-Cas9-PAMless protein and the results of confirming the purity of the purified MBP-Cas9-PAMless protein. ① is the elution profile of the NTA Ni-chelating column of the MBP-Cas9-PAMless fusion protein. Fractions marked with black boxes were used in the next chromatography step. ② is the elution profile of the size-exclusion column of the MBP-Cas9-PAMless fusion protein. Fractions marked with black boxes were used for the concentration step. ③ is the result of confirming the purity of the final purified MBP-Cas9-PAMless fusion protein.
Figure 4 shows the results of confirming the DNA cutting activity of Cas9-PAMless1 at various concentrations against the T1 target sequence with a 5'-GGG-3' PAM sequence, in order to confirm the DNA cutting activity of Cas9-PAMless1.
Figures 5a to 5c show 14 different PAM-less (or PAM-independent) activities of Cas9-PAMless1, Cas9-PAMless1-r1333/r1335, and Cas9-PAMless1-s1109/r1333/r1335. This is the result of an experiment confirming DNA cutting activity for the T1 target sequence with the PAM sequence.
Figure 6 is a schematic diagram of pTarget-T1-N5, a random PAM library.
Figure 7 shows the results of verifying the PAM-less activity of Cas9-PAMless1 by Dideoxy sequencing. After performing a cleavage experiment of Cas9-PAMless1 on random PAM library substrates, the PAM sequences of the cleaved substrates were analyzed to confirm the preference of Cas9-PAMless1 for each base at the five randomized nucleotide positions in the library, and T1 -Compared with the N5 library.
Figure 8 shows the results of analyzing the composition ratio of each NNN combination of the pTarget-T1-N5 plasmids that underwent cleavage using next-generation sequencing to verify the PAM-less activity of Cas9-PAMless1. The composition ratios of 64 possible PAM sequence combinations were normalized to have a total of 100, and compared with the results of wild-type (WT) SpCas9, a control gene scissors. If there is no preference for a specific PAM sequence, the composition ratio value of each PAM sequence combination appears close to 1.5625.
Figure 9a shows the results of analyzing the composition ratio of each NNN combination of pTarget-T1-N5 plasmids without cleavage over time using next-generation sequencing to verify the PAM-less activity of Cas9-PAMless1. If there is no preference for a specific PAM sequence, the composition ratio value of each PAM sequence combination appears close to 1.5625.
Figure 9b is a graph showing the change in composition ratio over time of each NNN combination of pTarget-T1-N5 plasmids without cleavage to verify the PAM-less activity of Cas9-PAMless1. In the case of WT SpCas9, the well-known preferred PAM sequence (red box), 5'-NGG-3', can be seen decreasing rapidly, whereas in Cas9-PAMless1, the composition ratio of all PAM sequence combinations does not change within a narrow range. maintain.
Figure 10a shows the results of analyzing the DNA cleavage activity specificity of Cas9-PAMless1 for target sequences located in Lambda DNA. While WT SpCas9 showed cleavage activity only against targets with the 5'-TGG-3' PAM sequence, Cas9-PAMless1 showed even cleavage activity against all three targets with different PAM sequences. For the DNA samples on the right, the restriction enzyme site located close to the target was treated with restriction enzyme for size comparison.
Figure 10b shows the results of analyzing the cleavage activity of the Cas9-PAMless1/SgRNA complex when Cas9-PAMless1 and two or more types of SgRNA (single guide RNA) are used. As complexes with different SgRNAs with different target sequences were formed, it was shown that target sequences at two or more positions could be cut in one reaction, and the complex was confirmed to have the same effect as double digestion using restriction enzymes.
Figure 11 is a schematic diagram showing the PAM-less activity of Cas9-PAMless1 compared to WT SpCas9.

본 발명자들은 PAM-less 인지활성을 가진 새로운 변이체 Cas9 유전자가위를 설계 제작하였고 본 발명의 PAM 비의존성 (PAM-less) 활성을 확인하여, 본 발명을 완성하였다.The present inventors designed and produced a new variant Cas9 gene scissors with PAM-less recognition activity, confirmed the PAM-independent (PAM-less) activity of the present invention, and completed the present invention.

본 발명의 일 실시예에서는 Cas9-PAMless1이 표적서열을 특이적으로 인지하여 DNA 절단 반응을 효과적으로 일으키는 것을 확인하였다(실시예 3 참조).In one example of the present invention, it was confirmed that Cas9-PAMless1 specifically recognizes the target sequence and effectively causes a DNA cleavage reaction (see Example 3).

본 발명의 다른 실시예에서는 Cas9-PAMless1이 PAM 서열에 대해 의존하지 않고 타겟 유전자에 대해 절단활성을 발휘하는 것을 확인하였고, 복귀 돌연변이들(Cas9-PAMless-r1333/r1335; 및 Cas9-PAMless-s1109/r1333/r1335)이 Cas9-PAMless1과 유사한 수준의 PAM 서열-비의존성 DNA 절단 활성을 갖는 것을 확인하였다(실시예 4 참조).In another example of the present invention, it was confirmed that Cas9-PAMless1 exerts cleavage activity on the target gene without dependence on the PAM sequence, and reversion mutations (Cas9-PAMless-r1333/r1335; and Cas9-PAMless-s1109/ r1333/r1335) was confirmed to have a similar level of PAM sequence-independent DNA cleavage activity as Cas9-PAMless1 (see Example 4).

본 발명의 또 다른 실시예에서는 Cas9-PAMless1에 의해 절단된 DNA 기질의 PAM 위치에서는 특정 염기에 대한 선호도가 없는 것을 확인하였고, Cas9-PAMless1의 PAM 서열 조합에 대해 정규화(normalization)한 비율의 변화가 시간에 따라 좁은 범위에서 일어나는 것을 확인하였다(실시예 5 참조).In another example of the present invention, it was confirmed that there was no preference for a specific base at the PAM position of the DNA substrate cleaved by Cas9-PAMless1, and the change in the normalized ratio for the PAM sequence combination of Cas9-PAMless1 was confirmed. It was confirmed that this occurred within a narrow range over time (see Example 5).

본 발명의 또 다른 실시예에서는 Lambda DNA에서의 Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성을 확인하였다(실시예 6 참조).In another example of the present invention, the PAM-less activity of Cas9-PAMless1 on Lambda DNA was confirmed (see Example 6).

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 PAM (protospacer adjacent motif) 서열 비의존성 활성을 가지며;The present invention has PAM (protospacer adjacent motif) sequence-independent activity;

서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 N 말단으로부터 1226 내지 1323 아미노산 위치의 아미노산이 결실되는 것을 특징으로 하는, 돌연변이 Cas9 단백질을 제공한다.Provided is a mutant Cas9 protein, characterized in that the amino acid at positions 1226 to 1323 amino acids from the N terminus in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 is deleted.

본 발명에 있어서, PAM (protospacer adjacent motif)은 Cas9 단백질이 표적 DNA 서열과 결합하기 전에 인식하는 서열이다. 상기 PAM 서열은 Cas9 단백질과 표적 DNA 서열의 결합에 영향을 미치지만, 본 발명의 돌연변이 Cas9 단백질은 PAM 서열 인지에 제한을 받지 않고 표적 DNA 서열과 결합하여 절단할 수 있다.In the present invention, PAM (protospacer adjacent motif) is a sequence recognized by the Cas9 protein before binding to the target DNA sequence. Although the PAM sequence affects the binding of the Cas9 protein to the target DNA sequence, the mutant Cas9 protein of the present invention is not limited by recognition of the PAM sequence and can bind to and cleave the target DNA sequence.

상기 PAM 서열은 5´-NNN-3´ 일 수 있으며, N은 아데닌(A), 시토신(C), 티민(T), 또는 구아닌(G)의 염기일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 더 바람직하게, 상기 PAM 서열은 5′-AGG-3′, 5′-TGG-3′, 5′-CGG-3′, 5′-GGG-3′, 5′-AAG-3′, 5′-TAG-3′, 5′-CAG-3′, 5′-GAG-3′, 5′-TGA-3′, 5′-AAC-3′, 5′-CAC-3′, 5′-GTA-3′, 5′-TAT-3′, 및 5′-TAA-3′으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나의 서열일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The PAM sequence may be 5'-NNN-3', and N may be a base of adenine (A), cytosine (C), thymine (T), or guanine (G), but is not limited thereto. More preferably, the PAM sequence is 5′-AGG-3′, 5′-TGG-3′, 5′-CGG-3′, 5′-GGG-3′, 5′-AAG-3′, 5′ -TAG-3′, 5′-CAG-3′, 5′-GAG-3′, 5′-TGA-3′, 5′-AAC-3′, 5′-CAC-3′, 5′-GTA It may be any one sequence selected from the group consisting of -3′, 5′-TAT-3′, and 5′-TAA-3′, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, PAM-less (PAM less) 활성이란 특정 PAM에 대한 인지력이 다른 PAM에 대한 인지력 대비 우세하지 않거나, 2개 이상의 서열에 대하여 동등한 수준의 인지력 또는 인지 활성을 나타내는 것을 의미할 수 있다. In the present invention, PAM-less (PAM less) activity may mean that the recognition ability for a specific PAM is not superior to the recognition ability for other PAMs, or that it shows an equivalent level of recognition ability or cognitive activity for two or more sequences. .

본 발명에서 PAM less 활성은 본 발명의 일 실시예에 개시된 PAM 서열 중 어느 2개 이상의 서열에 대해 동등한 수준으로 결합하는 것을 의미할 수 있고, 예를 들어, 차세대 염기서열 분석 결과, 특정 PAM에 대한 인식(결합) 수준을 1이라고 가정했을 때, 다른 PAM에 대한 인식(결합)수준은 0.9 내지 2.2인 것을 의미할 수 있다..In the present invention, PAM less activity may mean binding to any two or more of the PAM sequences disclosed in an embodiment of the present invention at an equal level. For example, as a result of next-generation sequencing, the activity for a specific PAM Assuming that the recognition (combining) level is 1, this may mean that the recognition (combining) level for other PAMs is 0.9 to 2.2.

본 발명에 있어서, 결실 (deletion)은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열의 L1226 내지 A1323까지의 아미노산을 포함하는 50 내지 150개, 50 내지 120개, 50 내지 110개, 60 내지 150개, 60 내지 120개, 60 내지 110개, 70 내지 150 개, 70 내지 120개, 70 내지 110개, 80 내지 150개, 80 내지 120개, 80 내지 110개, 90 내지 150개, 90 내지 120개, 90 내지 110개, 90 내지 100개, 95 내지 100개, 또는 98개의 아미노산을 결실시킨 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the deletion is 50 to 150, 50 to 120, 50 to 110, 60 to 150, 60 to 60 amino acids including amino acids L1226 to A1323 of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. 120, 60 to 110, 70 to 150, 70 to 120, 70 to 110, 80 to 150, 80 to 120, 80 to 110, 90 to 150, 90 to 120, 90 to 110, 90 to 100, 95 to 100, or 98 amino acids may be deleted, but are not limited thereto.

본 발명에서, 알파벳 1(염기 또는 아미노산)+숫자(N)의 조합은 상기 표현이 해당하는 염기서열 또는 아미노산 서열의 5′ 또는 N말단으로부터 N번째의 염기 또는 아미노산을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 L1226는 아미노산 서열의 N말단으로부터 1226번째 아미노산인 L을 의미할 수 있다.In the present invention, the combination of the alphabet 1 (base or amino acid) + number (N) may mean the Nth base or amino acid from the 5' or N-terminus of the base sequence or amino acid sequence to which the above expression corresponds. For example, L1226 may mean L, the 1226th amino acid from the N terminus of the amino acid sequence.

본 발명에 있어서, 상기 돌연변이 Cas9 단백질은 점 돌연변이 (point mutation)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 돌연변이 Cas9 단백질은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 D1135, E1219, D1332, T1337, 및 S1338로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산이 다른 아미노산으로 치환될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 돌연변이 Cas9 단백질은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 S1109, R1333, 및 R1335로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산이 다른 아미노산으로 더 치환될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 다른 아미노산의 종류는 제한되지 않으나, 바람직하게 리신 (K), 아르기닌 (R), 알라닌 (A), 및 아스파라긴 (N)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 아미노산일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the mutant Cas9 protein may include a point mutation, but is not limited thereto. Specifically, the mutant Cas9 protein may have one or more amino acids selected from the group consisting of D1135, E1219, D1332, T1337, and S1338 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 substituted with another amino acid, but is not limited thereto. In addition, in the mutant Cas9 protein, one or more amino acids selected from the group consisting of S1109, R1333, and R1335 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 may be further substituted with another amino acid, but is not limited thereto. The type of the other amino acid is not limited, but is preferably an amino acid selected from the group consisting of lysine (K), arginine (R), alanine (A), and asparagine (N), but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 점 돌연변이는 돌연변이 유도법 (site-directed mutagenesis) 및 유전자 합성법 (gene synthesis)을 사용한 것일 수 있으며, 돌연변이 위치 및 치환된 아미노산은 하기로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다: S1109K, D1135R, E1219R, D1332K, R1333A, R1335A, T1337K, 및 S1338N.In the present invention, the point mutation may be made using site-directed mutagenesis and gene synthesis, and the mutation position and substituted amino acid may be any one or more selected from the group consisting of the following. Not limited to: S1109K, D1135R, E1219R, D1332K, R1333A, R1335A, T1337K, and S1338N.

본 발명에서, 알파벳1(아미노산)+숫자(N)+알파벳2(아미노산) 기재는 상기 표현이 해당하는 아미노산 서열의 N말단으로부터 N번째의 아미노산인 알파벳1이 다른 아미노산인 알파벳2로 치환된 돌연변이를 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 S1109K는 아미노산 서열의 N말단으로부터 1109번째 아미노산인 S가 K로 치환된 돌연변이를 의미한다.In the present invention, alphabet 1 (amino acid) + number (N) + alphabet 2 (amino acid) refers to a mutation in which alphabet 1, the Nth amino acid from the N terminus of the amino acid sequence to which the above expression corresponds, is replaced by alphabet 2, a different amino acid. It can mean. For example, S1109K refers to a mutation in which S, the 1109th amino acid from the N terminus of the amino acid sequence, is replaced with K.

본 발명에 있어서, 상기 돌연변이는 NHP6A 단백질 유래의 DNA 결합 도메인 (DNA binding domain)의 삽입을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 DNA 결합 도메인은 서열번호 9로 표시되는 아미노산 서열에서 D17 내지 A93의 아미노산을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 DNA 결합 도메인은 비서열 특이적(nonsequence-specific)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the mutation may include insertion of a DNA binding domain derived from the NHP6A protein, but is not limited thereto. The DNA binding domain may include amino acids D17 to A93 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 9, but is not limited thereto. Additionally, the DNA binding domain may be nonsequence-specific, but is not limited thereto.

상기 DNA 결합 도메인의 N-말단에는 Ser-Thr 링커(linker)가, C-말단에는 Gly-Ala-Ala-Ala-Gly-Ser-Thr 링커가 위치할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 DNA 결합 도메인은 SpCas9 유전자의 SalI과 NotI 제한효소 위치에 삽입할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.A Ser-Thr linker may be located at the N-terminus of the DNA binding domain, and a Gly-Ala-Ala-Ala-Gly-Ser-Thr linker may be located at the C-terminus, but are not limited thereto. The DNA binding domain can be inserted into the SalI and NotI restriction enzyme sites of the SpCas9 gene, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 돌연변이 Cas9 단백질은 MBP(Maltose binding protein) 또는 His-tag를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 돌연변이 Cas9 단백질은 서열번호 4 내지 8로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 아미노산 서열로 표시될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명에 있어서, MBP (Maltose binding protein)는 재조합 단백질의 용해도 및 안정성을 증가시킬 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In the present invention, the mutant Cas9 protein may further include MBP (Maltose binding protein) or His-tag, but is not limited thereto. Additionally, the mutant Cas9 protein may be represented by an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 4 to 8, but is not limited thereto. In the present invention, MBP (Maltose binding protein) can increase the solubility and stability of recombinant proteins, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 “CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)-Cas9(CRISPR-associated protein 9) 시스템 또는 Cas9 단백질”은 원핵생물에 존재하는 일종의 면역 시스템이자 유전자 교정 수단으로, 외부 침입 DNA를 빠르게 인지하여 절단한다. 크리스퍼(CRISPR)는 20-50 bp의 반복 염기 서열이 연속적으로 배치된 구조를 의미한다. 상기 CRISPR-Cas9 시스템의 각 반복 서열의 쌍은 고유 서열을 가진 삽입 서열(spacer)에 의해 분리되어 있고, 상기 삽입 서열들은 박테리오파지 유전체 일부와 유사하며, 이로부터 만들어진 RNA는 가이드 gRNA (guide RNA)가 되어 침입한 파지 DNA에 결합한 뒤, Cas9 단백질(카스 핵산 내부 가수 분해 효소)이 파지 DNA를 절단한다. 이러한 원리를 이용하여 배아, 세포 등에 유전자를 삽입 또는 제거할 수 있다. 상기 Cas9은 원핵생물의 면역 체계 구성 성분인 바, 진핵세포에서의 유전자 제거(gene knockout)는 Cas9 효소를 발현하는 세포주를 만든 후, gRNA를 형질 주입(transfection)하거나, Cas9과 gRNA를 동시에 세포 내에 형질 주입하여 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In the present invention, the “CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)-Cas9 (CRISPR-associated protein 9) system or Cas9 protein” is a type of immune system and gene correction tool that exists in prokaryotes, and is a means of quickly eliminating invading foreign DNA. Recognize and cut. CRISPR refers to a structure in which repetitive nucleotide sequences of 20-50 bp are arranged sequentially. Each pair of repetitive sequences in the CRISPR-Cas9 system is separated by an insertion sequence (spacer) with a unique sequence, and the insertion sequences are similar to parts of the bacteriophage genome, and the RNA made therefrom has a guide gRNA (guide RNA). After binding to the invading phage DNA, the Cas9 protein (Cas nucleic acid internal hydrolase) cuts the phage DNA. Using this principle, genes can be inserted or removed from embryos, cells, etc. Since Cas9 is a component of the immune system of prokaryotes, gene knockout in eukaryotic cells is performed by creating a cell line expressing the Cas9 enzyme and then transfecting gRNA, or simultaneously inserting Cas9 and gRNA into the cell. This may be accomplished by transfection, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 gRNA는 Cas9 단백질을 표적서열으로 유도하는 RNA를 의미한다. 본 발명에서, 표적서열은 gRNA가 상보적으로 결합하는 영역을 의미하며, 상기 상보적 결합은 완전한 상보성이거나, 혼성화를 야기하여 CRISPR-Cas9 시스템이 작동할 수 있는 정도일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 gRNA는 서열번호 10 내지 13으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 염기서열로 표시되는 표적서열에 상보적으로 결합하는 도메인을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the gRNA refers to RNA that guides the Cas9 protein to the target sequence. In the present invention, the target sequence refers to a region where gRNA binds complementary, and the complementary binding may be complete complementarity or may be sufficient to cause hybridization so that the CRISPR-Cas9 system can operate, but is not limited thereto. The gRNA may include a domain that binds complementary to a target sequence represented by one or more base sequences selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 10 to 13, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 gRNA는 세 영역을 포함한다. 구체적으로, 염색체 서열 내의 표적 부위에 상보적인 5' 단부의 첫 번째 영역; 줄기 루프 구조를 형성하는 두 번째 영역; 및 본질적으로 단일 가닥으로 남아있는 3' 단부의 세 번째 영역이다. 상기 첫 번째 영역은 gRNA가 Cas9 단백질을 표적서열로 유도하기 위한 것으로, gRNA 마다 상이하며, 두 번째와 세 번째 영역은 모든 gRNA에서 동일할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the gRNA includes three regions. Specifically, the first region of the 5' end complementary to the target site within the chromosomal sequence; a second region forming a stem-loop structure; and a third region at the 3' end that remains essentially single stranded. The first region is for the gRNA to guide the Cas9 protein to the target sequence and is different for each gRNA, and the second and third regions may be the same for all gRNAs, but are not limited thereto.

본 발명에 있어서, gRNA의 첫 번째 영역은 gRNA의 첫 번째 영역이 표적서열과 염기쌍을 이룰 수 있도록, 염색체 서열 내에 표적서열에 상보적이다. 상기 첫 번째 영역은 약 10 내지 25개, 또는 25개 보다 많은 뉴클레오티드를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the first region of the gRNA is complementary to the target sequence within the chromosomal sequence so that the first region of the gRNA can base pair with the target sequence. The first region may include, but is not limited to, about 10 to 25, or more than 25 nucleotides.

본 발명에 있어서, gRNA의 두 번째 영역은 헤어핀, 루프 등의 이차구조를 포함한다. 루프는 길이에서 약 3 내지 약 10개 뉴클레오티드 범위에서 변할 수 있으며, 줄기는 길이에서 약 6 내지 약 20개 뉴클레오티드 범위에서 변할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 두 번째 영역의 전반적인 길이는 약 16 내지 약 60개 뉴클레오티드 범위에서 변할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In the present invention, the second region of gRNA includes secondary structures such as hairpins and loops. The loop may vary from about 3 to about 10 nucleotides in length, and the stem may vary from about 6 to about 20 nucleotides in length, but is not limited thereto. Additionally, the overall length of the second region may vary from about 16 to about 60 nucleotides, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, gRNA의 세 번째 영역은 세포 내에 임의의 염색체 서열에 대한 상보성을 갖지 않고, gRNA의 나머지 부분에 대해 상보성을 갖지 않는다. 세 번째 영역의 길이는 길이에서 약 5 내지 약 60개 뉴클레오티드 범위에서 변할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the third region of the gRNA has no complementarity to any chromosomal sequence in the cell and has no complementarity to the remaining portion of the gRNA. The length of the third region may vary, but is not limited to, ranging from about 5 to about 60 nucleotides in length.

본 발명은 본 발명의 돌연변이 Cas9 단백질을 암호화하는 핵산을 포함하는, 재조합 벡터를 제공한다. 상기 재조합 벡터가 발현하는 단백질은 5′-AGG-3′, 5′-TGG-3′, 5′-CGG-3′, 5′-GGG-3′, 5′-AAG-3′, 5′-TAG-3′, 5′-CAG-3′, 5′-GAG-3′, 5′-TGA-3′, 5′-AAC-3′, 5′-CAC-3′, 5′-GTA-3′, 5′-TAT-3′, 및 5′-TAA-3′으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나의 PAM 서열을 인식할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 재조합 벡터는 MBP (Maltose binding protein)를 암호화하는 핵산, 또는 His-tag를 암호화하는 핵산을 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 재조합 벡터는 His-tag를 암호화하는 핵산; MBP를 암호화하는 핵산; 및 제1항의 돌연변이 Cas9 단백질을 암호화하는 핵산이 순차적으로 배열될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 재조합 벡터는 서열번호 4 내지 8로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산 서열로 표시되는 단백질을 암호화하는 핵산을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The present invention provides a recombinant vector comprising a nucleic acid encoding a mutant Cas9 protein of the present invention. The proteins expressed by the recombinant vector are 5′-AGG-3′, 5′-TGG-3′, 5′-CGG-3′, 5′-GGG-3′, 5′-AAG-3′, 5′ -TAG-3′, 5′-CAG-3′, 5′-GAG-3′, 5′-TGA-3′, 5′-AAC-3′, 5′-CAC-3′, 5′-GTA Any PAM sequence selected from the group consisting of -3′, 5′-TAT-3′, and 5′-TAA-3′ can be recognized, but is not limited thereto. In addition, the recombinant vector may further include a nucleic acid encoding MBP (maltose binding protein) or a nucleic acid encoding a His-tag, but is not limited thereto. Additionally, the recombinant vector includes a nucleic acid encoding a His-tag; Nucleic acid encoding MBP; And the nucleic acid encoding the mutant Cas9 protein of claim 1 may be arranged sequentially, but is not limited thereto. Additionally, the recombinant vector may include a nucleic acid encoding a protein represented by one or more amino acid sequences selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 4 to 8, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, "재조합 벡터(recombinant vector)"는 유전자 삽입물이 발현되도록 작동가능하게 연결된 필수적인 조절 요소를 포함하는 유전자 작제물로서, 플라스미드 벡터, 코스미드 벡터, 박테리오파지 벡터, 또는 바이러스 벡터일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, a “recombinant vector” is a genetic construct containing essential regulatory elements operably linked to express the gene insert, and may be a plasmid vector, cosmid vector, bacteriophage vector, or viral vector. , but is not limited to this.

본 발명에 있어서, 상기 재조합 벡터는 돌연변이 Cas9 단백질을 암호화하는 핵산을 포함한다. 상기 돌연변이 Cas9 단백질을 암호화하는 핵산은 적합한 발현 컨스트럭트 (expression construct) 내에 존재하는 것이 바람직하다. 상기 발현 컨스트럭트에서 돌연변이 Cas9 단백질을 암호화하는 핵산은 프로모터에 작동적으로 연결되는 (operatively linked) 것이 바람직하다.In the present invention, the recombinant vector contains a nucleic acid encoding a mutant Cas9 protein. The nucleic acid encoding the mutant Cas9 protein is preferably present in a suitable expression construct. In the expression construct, the nucleic acid encoding the mutant Cas9 protein is preferably operatively linked to the promoter.

본 발명에 있어서, “작동적으로 결합된”은 핵산 발현 조절 서열 (예: 프로모터, 시그널 서열, 또는 전사조절인자 결합 위치의 어레이)과 다른 핵산 서열 사이의 기능적인 결합을 의미하며, 이에 의해 상기 조절 서열은 상기 다른 핵산 서열의 전사 및/또는 번역을 조절하게 된다.In the present invention, “operably linked” refers to a functional linkage between a nucleic acid expression control sequence (e.g., a promoter, a signal sequence, or an array of transcriptional regulator binding sites) and another nucleic acid sequence, thereby Regulatory sequences regulate the transcription and/or translation of these other nucleic acid sequences.

본 발명에 있어서, 돌연변이 Cas9 단백질을 암호화하는 핵산에 결합된 프로모터는 돌연변이 Cas9 단백질을 암호화하는 핵산의 발현을 개시할 수 있는 어떤 프로모터도 가능하나, 구체적으로 동물세포, 더 구체적으로는 포유동물 세포에서 작동하여 돌연변이 Cas9 단백질을 암호화하는 핵산의 전사를 조절할 수 있는 것으로서, 전사체 (transcript)를 전사하는 RNA polymerase III (pol III) 프로모터 중에서 선택하는 것이 좋다. 상기 프로모터는 포유동물 바이러스로부터 유래된 프로모터 및 포유동물 세포의 게놈으로부터 유래된 프로모터를 포함하며, 예를 들어, U6 프로모터, T7 프로모터, H1 프로모터, CMV (cytomegalo virus) 프로모터, 아데노바이러스 후기 프로모터, 백시니아 바이러스 7.5K 프로모터, SV40 프로모터, HSV의 tk 프로모터, RSV 프로모터, EF1 알파 프로모터, 메탈로티오닌 프로모터, 베타-액틴 프로모터, 인간 IL-2 유전자의 프로모터, 인간 IFN 유전자의 프로모터, 인간 IL-4 유전자의 프로 모터, 인간 림포톡신 유전자의 프로모터, 인간 GM-CSF 유전자의 프로모터, 유도성 (inducible) 프로모터, 암세포 특이적 프로모터(예컨대, TERT 프로모터, PSA 프로모터, PSMA 프로모터, CEA 프로모터, E2F 프로모터 및 AFP 프로모터), 또는 조직 특이적 프로모터 (예컨대, 알부민 프로모터)를 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 상기 벡터는 당해 기술 분야에서 잘 알려진 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 부위-특이적 DNA 절단 및 연결은 당해 기술 분야에서 일반적으로 알려진 효소 등을 사용할 수 있다.In the present invention, the promoter bound to the nucleic acid encoding the mutant Cas9 protein can be any promoter capable of initiating the expression of the nucleic acid encoding the mutant Cas9 protein, specifically in animal cells, and more specifically in mammalian cells. It is advisable to select one of the RNA polymerase III (pol III) promoters that transcribe the transcript, which can operate to regulate the transcription of the nucleic acid encoding the mutant Cas9 protein. The promoter includes a promoter derived from a mammalian virus and a promoter derived from the genome of a mammalian cell, for example, U6 promoter, T7 promoter, H1 promoter, CMV (cytomegalo virus) promoter, adenovirus late promoter, vaccinia nia virus 7.5K promoter, SV40 promoter, tk promoter of HSV, RSV promoter, EF1 alpha promoter, metallothionein promoter, beta-actin promoter, promoter of human IL-2 gene, promoter of human IFN gene, human IL-4 Promoters of genes, promoters of human lymphotoxin genes, promoters of human GM-CSF genes, inducible promoters, cancer cell specific promoters (e.g. TERT promoter, PSA promoter, PSMA promoter, CEA promoter, E2F promoter and AFP promoter), or tissue-specific promoters (e.g., albumin promoter). The vector can be manufactured using genetic recombination technology well known in the art, and enzymes generally known in the art can be used for site-specific DNA cutting and ligation.

또한, 본 발명은 본 발명의 돌연변이 Cas9 단백질, 및 gRNA를 포함하는, 단백질 복합체를 제공한다. 상기 gRNA는 서열번호 10 내지 13으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 염기서열로 표시되는 표적서열에 상보적으로 결합하는 도메인을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The present invention also provides a protein complex comprising a mutant Cas9 protein of the present invention and a gRNA. The gRNA may include a domain that binds complementary to a target sequence represented by one or more base sequences selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 10 to 13, but is not limited thereto.

또한, 본 발명은 본 발명의 돌연변이 Cas9 단백질을 유효성분으로 포함하는, 유전자 교정용 조성물을 제공한다. 또한, 상기 유전자 교정용 조성물을 포함하는 키트를 제공할 수 있다. 상기 유전자 교정용 조성물은 in vitro에서 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 키트는 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 N 말단으로부터 1226 내지 1323 아미노산 위치의 아미노산을 결실시키는 내용 등이 포함되는 지시서를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Additionally, the present invention provides a composition for gene correction, comprising the mutant Cas9 protein of the present invention as an active ingredient. Additionally, a kit containing the composition for gene editing may be provided. The composition for gene correction can be used in vitro, but is not limited thereto. The kit may include instructions for deleting amino acids at positions 1226 to 1323 from the N terminus in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, but is not limited thereto.

본 발명에 따른 유전자 교정용 조성물은 진단시스템용으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 바이러스, 세균 감염, 암 또는 기타 질병에 의해 발생된 미세한 염기 서열 변이 등을 탐지하여 진단시스템에 유용하게 활용될 수 있다. 또한, 유전자 서열 특이적인 제한효소 활성을 이용한 진단 시약 개발용으로 활용될 수 있다.The composition for gene editing according to the present invention can be applied for a diagnostic system. For example, it can be useful in a diagnostic system by detecting subtle nucleotide sequence mutations caused by viruses, bacterial infections, cancer, or other diseases. Additionally, it can be used to develop diagnostic reagents using gene sequence-specific restriction enzyme activity.

본 발명에 있어서, “유전자 교정 (gene editing)”은 표적 유전자의 표적 부위에서의 절단에 의한 핵산 분자 (하나 이상, 예컨대, 1-100,000bp, 1-10,000bp, 1-1000, 1-100bp, 1-70bp, 1-50bp, 1-30bp, 1-20bp, 또는 1-10bp)의 결실, 삽입, 치환 등에 의하여 유전자 기능을 상실, 변경, 및/또는 회복 (수정) 시키는 것을 의미할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 유전자 상기 Cas9 단백질 또는 상기 유전자 교정용 조성물은, PAM 서열에 비의존적으로 DNA를 특이적으로 절단할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 "절단"은 뉴클레오티드 분자의 공유 결합 백본 (covalent backbone)의 파손 (breakage)을 의미한다.In the present invention, “gene editing” refers to nucleic acid molecules (one or more, e.g., 1-100,000bp, 1-10,000bp, 1-1000, 1-100bp, It may mean loss, alteration, and/or restoration (correction) of gene function by deletion, insertion, or substitution of (1-70bp, 1-50bp, 1-30bp, 1-20bp, or 1-10bp), It is not limited to this. Gene The Cas9 protein or the gene editing composition may specifically cleave DNA independent of the PAM sequence, but is not limited thereto. The term “cleavage” refers to a breakage of the covalent backbone of a nucleotide molecule.

또한, 본 발명은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 N 말단으로부터 1226 내지 1323 아미노산 위치의 아미노산을 결실시키는 단계를 포함하는, 돌연변이 Cas9 단백질의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은 상기 돌연변이 Cas9 단백질은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 D1135, E1219, D1332, T1337, 및 S1338로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산을 다른 아미노산으로 치환하는 단계를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 제조방법은 NHP6A 단백질 유래의 DNA 결합 도메인 (DNA binding domain)을 삽입하는 단계를 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Additionally, the present invention provides a method for producing a mutant Cas9 protein, comprising the step of deleting the amino acid at positions 1226 to 1323 amino acids from the N terminus in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. The production method may further include substituting one or more amino acids selected from the group consisting of D1135, E1219, D1332, T1337, and S1338 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 of the mutant Cas9 protein with another amino acid, It is not limited to this. In addition, the manufacturing method may further include the step of inserting a DNA binding domain derived from the NHP6A protein, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 돌연변이 Cas9 단백질의 제조방법은 pMJ806 벡터를 기본 백본 (backbone)으로 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 Cas9 단백질의 제조방법은 (a) 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 D1135, E1219, D1332, T1337, 및 S1338로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산을 다른 아미노산으로 치환하는 단계;In the present invention, the method for producing a mutant Cas9 protein may use the pMJ806 vector as a basic backbone, but is not limited thereto. The method for producing the Cas9 protein includes (a) substituting one or more amino acids selected from the group consisting of D1135, E1219, D1332, T1337, and S1338 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 with another amino acid;

(b) 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 N 말단으로부터 1226 내지 1323 아미노산 위치의 아미노산을 결실시키는 단계; 및(b) deleting the amino acid at positions 1226 to 1323 from the N terminus in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2; and

(c) NHP6A 단백질 유래의 DNA 결합 도메인 (DNA binding domain)을 삽입시키는 단계를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 제조방법을 이용하여 재조합 벡터를 제작할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.(c) may include the step of inserting a DNA binding domain derived from the NHP6A protein, but is not limited thereto. A recombinant vector can be produced using the above manufacturing method, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 결실은 유전자 합성법 (gene synthesis)을 사용할 수 있으며, 상기 치환은 유전자 합성법 또는 특정부위 돌연변이 유도법 (site-directed mutagenesis)을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the deletion may be performed using gene synthesis, and the substitution may be performed using gene synthesis or site-directed mutagenesis, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 돌연변이 Cas9 단백질의 제조방법은In the present invention, the method for producing the mutant Cas9 protein is

(d) 상기 재조합 벡터와 competent cell을 혼합하는 단계; 및(d) mixing the recombinant vector and competent cells; and

(e) 상기 혼합물을 heat shock하는 단계를 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 competent cell은 대장균 숙주의 형질전환에 쓰일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 competent cell은 당업계에 잘 알려진 방법을 사용하여 제작할 수 있으며, 바람직하게는 CaCl2법을 이용하여 제작할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 제조방법 이용하여 pM-Cas9-PAMless1이 도입된 형질전환체를 제조할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.(e) may further include the step of heat shocking the mixture, but is not limited thereto. The competent cell may be used for transformation of an E. coli host, but is not limited thereto. Additionally, the competent cells can be produced using methods well known in the art, preferably using the CaCl 2 method, but are not limited thereto. A transformant into which pM-Cas9-PAMless1 has been introduced can be produced using the above production method, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 돌연변이 Cas9 단백질의 제조방법은In the present invention, the method for producing the mutant Cas9 protein is

(f) 상기 형질전환체를 배양하고 단백질을 발현시키는 단계; 및(f) culturing the transformant and expressing the protein; and

(g) 상기 발현된 단백질을 정제시키는 단계를 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.(g) may further include the step of purifying the expressed protein, but is not limited thereto.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Below, preferred embodiments are presented to aid understanding of the present invention. However, the following examples are provided only to make the present invention easier to understand, and the content of the present invention is not limited by the following examples.

[실시예][Example]

실시예 1. 재조합 발현벡터의 제작Example 1. Construction of recombinant expression vector

1-1. pM-Cas9-PAMless1의 제작1-1. Construction of pM-Cas9-PAMless1

Cas9-PAMless1 발현벡터 제작을 위해 SpCas9(Streptococcus pyogenes에서 유래한 Cas9) 유전자를 포함하고 있는 pMJ806 벡터 (Addgene, cat#39312)를 기본 backbone으로 사용하였다. 상기 SpCas9 유전자의 염기서열 및 아미노산 서열은 하기 표 1에 나타내었다. 도 1a에 나타낸 Cas9-PAMless1 발현벡터의 개략도에서 확인 가능한 바와 같이, 상기 벡터에 포함되어 있는 SpCas9 유전자는 발현된 단백질의 용해도 및 안정성을 증가시키기 위한 목적으로 Maltose binding protein (MBP) domain과 융합단백질의 형태로 발현된다. 또한, 상기 발현된 융합단백질은 Ni-chelating 원리를 이용한 affinity chromatography법을 통해 정제될 수 있도록, N-말단에 His-tag를 가지고 있다. 도 1b 및 도 1c에 Cas9-PAMless1 단백질의 유전자 염기서열과 아미노산 서열이 각각 기술되어 있다.To construct the Cas9-PAMless1 expression vector, the pMJ806 vector (Addgene, cat#39312) containing the SpCas9 (Cas9 derived from Streptococcus pyogenes) gene was used as a basic backbone. The base sequence and amino acid sequence of the SpCas9 gene are shown in Table 1 below. As can be seen in the schematic diagram of the Cas9-PAMless1 expression vector shown in Figure 1a, the SpCas9 gene contained in the vector is a maltose binding protein (MBP) domain and a fusion protein for the purpose of increasing the solubility and stability of the expressed protein. expressed in the form In addition, the expressed fusion protein has a His-tag at the N-terminus so that it can be purified through affinity chromatography using the Ni-chelating principle. Figures 1b and 1c describe the gene base sequence and amino acid sequence of the Cas9-PAMless1 protein, respectively.

구분division 서열order SpCas9 DNASpCas9 DNA
(서열번호 1)(SEQ ID NO: 1)
ATGGATAAGAAATACTCAATAGGCTTAGATATCGGCACAAATAGCGTCGGATGGGCGGTGATCACTGATGAATATAAGGTTCCGTCTAAAAAGTTCAAGGTTCTGGGAAATACAGACCGCCACAGTATCAAAAAAAATCTTATAGGGGCTCTTTTATTTGACAGTGGAGAGACAGCGGAAGCGACTCGTCTCAAACGGACAGCTCGTAGAAGGTATACACGTCGGAAGAATCGTATTTGTTATCTACAGGAGATTTTTTCAAATGAGATGGCGAAAGTAGATGATAGTTTCTTTCATCGACTTGAAGAGTCTTTTTTGGTGGAAGAAGACAAGAAGCATGAACGTCATCCTATTTTTGGAAATATAGTAGATGAAGTTGCTTATCATGAGAAATATCCAACTATCTATCATCTGCGAAAAAAATTGGTAGATTCTACTGATAAAGCGGATTTGCGCTTAATCTATTTGGCCTTAGCGCATATGATTAAGTTTCGTGGTCATTTTTTGATTGAGGGAGATTTAAATCCTGATAATAGTGATGTGGACAAACTATTTATCCAGTTGGTACAAACCTACAATCAATTATTTGAAGAAAACCCTATTAACGCAAGTGGAGTAGATGCTAAAGCGATTCTTTCTGCACGATTGAGTAAATCAAGACGATTAGAAAATCTCATTGCTCAGCTCCCCGGTGAGAAGAAAAATGGCTTATTTGGGAATCTCATTGCTTTGTCATTGGGTTTGACCCCTAATTTTAAATCAAATTTTGATTTGGCAGAAGATGCTAAATTACAGCTTTCAAAAGATACTTACGATGATGATTTAGATAATTTATTGGCGCAAATTGGAGATCAATATGCTGATTTGTTTTTGGCAGCTAAGAATTTATCAGATGCTATTTTACTTTCAGATATCCTAAGAGTAAATACTGAAATAACTAAGGCTCCCCTATCAGCTTCAATGATTAAACGCTACGATGAACATCATCAAGACTTGACTCTTTTAAAAGCTTTAGTTCGACAACAACTTCCAGAAAAGTATAAAGAAATCTTTTTTGATCAATCAAAAAACGGATATGCAGGTTATATTGATGGGGGAGCTAGCCAAGAAGAATTTTATAAATTTATCAAACCAATTTTAGAAAAAATGGATGGTACTGAGGAATTATTGGTGAAACTAAATCGTGAAGATTTGCTGCGCAAGCAACGGACCTTTGACAACGGCTCTATTCCCCATCAAATTCACTTGGGTGAGCTGCATGCTATTTTGAGAAGACAAGAAGACTTTTATCCATTTTTAAAAGACAATCGTGAGAAGATTGAAAAAATCTTGACTTTTCGAATTCCTTATTATGTTGGTCCATTGGCGCGTGGCAATAGTCGTTTTGCATGGATGACTCGGAAGTCTGAAGAAACAATTACCCCATGGAATTTTGAAGAAGTTGTCGATAAAGGTGCTTCAGCTCAATCATTTATTGAACGCATGACAAACTTTGATAAAAATCTTCCAAATGAAAAAGTACTACCAAAACATAGTTTGCTTTATGAGTATTTTACGGTTTATAACGAATTGACAAAGGTCAAATATGTTACTGAAGGAATGCGAAAACCAGCATTTCTTTCAGGTGAACAGAAGAAAGCCATTGTTGATTTACTCTTCAAAACAAATCGAAAAGTAACCGTTAAGCAATTAAAAGAAGATTATTTCAAAAAAATAGAATGTTTTGATAGTGTTGAAATTTCAGGAGTTGAAGATAGATTTAATGCTTCATTAGGTACCTACCATGATTTGCTAAAAATTATTAAAGATAAAGATTTTTTGGATAATGAAGAAAATGAAGATATCTTAGAGGATATTGTTTTAACATTGACCTTATTTGAAGATAGGGAGATGATTGAGGAAAGACTTAAAACATATGCTCACCTCTTTGATGATAAGGTGATGAAACAGCTTAAACGTCGCCGTTATACTGGTTGGGGACGTTTGTCTCGAAAATTGATTAATGGTATTAGGGATAAGCAATCTGGCAAAACAATATTAGATTTTTTGAAATCAGATGGTTTTGCCAATCGCAATTTTATGCAGCTGATCCATGATGATAGTTTGACATTTAAAGAAGACATTCAAAAAGCACAAGTGTCTGGACAAGGCGATAGTTTACATGAACATATTGCAAATTTAGCTGGTAGCCCTGCTATTAAAAAAGGTATTTTACAGACTGTAAAAGTTGTTGATGAATTGGTCAAAGTAATGGGGCGGCATAAGCCAGAAAATATCGTTATTGAAATGGCACGTGAAAATCAGACAACTCAAAAGGGCCAGAAAAATTCGCGAGAGCGTATGAAACGAATCGAAGAAGGTATCAAAGAATTAGGAAGTCAGATTCTTAAAGAGCATCCTGTTGAAAATACTCAATTGCAAAATGAAAAGCTCTATCTCTATTATCTCCAAAATGGAAGAGACATGTATGTGGACCAAGAATTAGATATTAATCGTTTAAGTGATTATGATGTCGATCACATTGTTCCACAAAGTTTCCTTAAAGACGATTCAATAGACAATAAGGTCTTAACGCGTTCTGATAAAAATCGTGGTAAATCGGATAACGTTCCAAGTGAAGAAGTAGTCAAAAAGATGAAAAACTATTGGAGACAACTTCTAAACGCCAAGTTAATCACTCAACGTAAGTTTGATAATTTAACGAAAGCTGAACGTGGAGGTTTGAGTGAACTTGATAAAGCTGGTTTTATCAAACGCCAATTGGTTGAAACTCGCCAAATCACTAAGCATGTGGCACAAATTTTGGATAGTCGCATGAATACTAAATACGATGAAAATGATAAACTTATTCGAGAGGTTAAAGTGATTACCTTAAAATCTAAATTAGTTTCTGACTTCCGAAAAGATTTCCAATTCTATAAAGTACGTGAGATTAACAATTACCATCATGCCCATGATGCGTATCTAAATGCCGTCGTTGGAACTGCTTTGATTAAGAAATATCCAAAACTTGAATCGGAGTTTGTCTATGGTGATTATAAAGTTTATGATGTTCGTAAAATGATTGCTAAGTCTGAGCAAGAAATAGGCAAAGCAACCGCAAAATATTTCTTTTACTCTAATATCATGAACTTCTTCAAAACAGAAATTACACTTGCAAATGGAGAGATTCGCAAACGCCCTCTAATCGAAACTAATGGGGAAACTGGAGAAATTGTCTGGGATAAAGGGCGAGATTTTGCCACAGTGCGCAAAGTATTGTCCATGCCCCAAGTCAATATTGTCAAGAAAACAGAAGTACAGACAGGCGGATTCTCCAAGGAGTCAATTTTACCAAAAAGAAATTCGGACAAGCTTATTGCTCGTAAAAAAGACTGGGATCCAAAAAAATATGGTGGTTTTGATAGTCCAACGGTAGCTTATTCAGTCCTAGTGGTTGCTAAGGTGGAAAAAGGGAAATCGAAGAAGTTAAAATCCGTTAAAGAGTTACTAGGGATCACAATTATGGAAAGAAGTTCCTTTGAAAAAAATCCGATTGACTTTTTAGAAGCTAAAGGATATAAGGAAGTTAAAAAAGACTTAATCATTAAACTACCTAAATATAGTCTTTTTGAGTTAGAAAACGGTCGTAAACGGATGCTGGCTAGTGCCGGAGAATTACAAAAAGGAAATGAGCTGGCTCTGCCAAGCAAATATGTGAATTTTTTATATTTAGCTAGTCATTATGAAAAGTTGAAGGGTAGTCCAGAAGATAACGAACAAAAACAATTGTTTGTGGAGCAGCATAAGCATTATTTAGATGAGATTATTGAGCAAATCAGTGAATTTTCTAAGCGTGTTATTTTAGCAGATGCCAATTTAGATAAAGTTCTTAGTGCATATAACAAACATAGAGACAAACCAATACGTGAACAAGCAGAAAATATTATTCATTTATTTACGTTGACGAATCTTGGAGCTCCCGCTGCTTTTAAATATTTTGATACAACAATTGATCGTAAACGATATACGTCTACAAAAGAAGTTTTAGATGCCACTCTTATCCATCAATCCATCACTGGTCTTTATGAAACACGCATTGATTTGAGTCAGCTAGGAGGTGACTAAATGGATAAGAAATACTCAATAGGCTTAGATATCGGCACAAATAGCGTCGGATGGGCGGTGATCACTGATGAATATAAGGTTCCGTCTAAAAAGTTCAAGGTTCTGGGAAATACAGACCGCCACAGTATCAAAAAAAATCTTATAGGGGCTCTTTTATTTGACAGTGGAGAGACAGCGGAAGCGACTCGTCTCAAACGGACAGCTCGTAGAAGGTATACACGTCGGAAGAATCGTATTTGTTATCTACAGGAGATTTTTTCAA 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ATATGCAGGTTATATTGATGGGGGAGCTAGCCAAGAAGAATTTTATAAATTTATCAAACCAATTTTAGAAAAAATGGATGGTACTGAGGAATTATTGGTGAAACTAAATCGTGAAGATTTGCTGCGCAAGCAACGGACCTTTGACAACGGCTCTATTCCCCATCAAATTCACTTGGGTTGAGCTGCATGCTATTTTGAGAAGACAAGAAGACTTTTATCCATTTTTAAAAGACAATCGTGAGAAGATTGAAAAAATCTTGACTTTTCGAATTCC TTATTATGTTGGTCCATTGGCGCGTGGCAATAGTCGTTTTGCATGGATGACTCGGAAGTCTGAAGAAACAATTACCCCATGGAATTTTGAAGAAGTTGTCGATAAAGGTGCTTCAGCTCAATCATTTATTGAACGCATGACAAACTTTGATAAAAATCTTCCAAATGAAAAAGTACTACCAAAACATAGTTTGCTTTATGAGTATTTTACGGTTTTATAACGAATTGACAAAGGTCAAATATGTTACTGAAGGAATGCGAAAACCAGCATTTCTC TTTCAGGTAACAGAAGAAAGCCATTGTTGATTTACTCTTCAAAACAAATCGAAAAGTAACCGTTAAGCAATTAAAAGAAGATTATTTCAAAAAAATAGAATGTTTTGATAGTGTTGAAATTTCAGGAGTTGAAGATAGATTTAATGCTTCATTAGGTACCTACCATGATTTGCTAAAAATTATTAAAGATAAAGATTTTTTGGATAATGAAGAAAATGAAGATATCTTAGAGGATATTGTTTTAACATTGACCTTATTTGAAGATAGGGAGA 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GCTTTGATTAAGAAATATCCAAAACTTGCAAATGGAGATTCGCAAACGCCCTCTAATCGAAACTAATGGGGAAACTGGAGAAATTGTCTGGGATAAAGGGCGAGATTTTGCCACAGTGCGCAAAAAA GTATTGTCCATGCCCCAAGTCAATATTGTCAAGAAAACAGAAGTACAGACAGGCGGATTCTCCAAGGAGTCAATTTTACCAAAAAGAAATTCGGACAAGCTTATTGCTCGTAAAAAAGACTGGGATCAAAAAAATATGGTGGTTTTGATAGTCCAACGGTAGCTTATTCAGTCCTAGTGGTTGCTAAGGTGGAAAAAGGGAAATCGAAGAAGTTAAAATCCGTTAAAGAGTTACTAGGGATCACAATTATGGAAAGAAGTTCCTTTGAAAAAAAAAAAA ATCCGATTGACTTTTTAGAAGCTAAAGGATATAAGGAAGTTAAAAAAGACTTAATCATTAAACTACCTAAATATAGTCTTTTTGAGTTAGAAAACGGTCGTAAACGGATGCTGGCTAGTGCCGGAGAATTACAAAAAGGAAATGAGCTGGGCTCTGCCAAGCAAATATGGGAATTTTTTATATTTAGCTAGTCATTATGAAAAGTTGAAGGGTAGTCCAGAAGATAACGAACAAAAACAATTGTTTGTGGAGCAGCATAAGCATTATTTA GATGAGATTATTGAGCAAATCAGGGAATTTTCTAAGCGTGTTATTTTAGCAGATGCCAATTTAGATAAAGTTCTTAGTGCATATAACAAACATAGAGACAAACCAATACGTGAACAAGCAGAAAATATTATTCATTTATTTACGTTGACGAATCTTGGAGCTCCCGCTGCTTTTAAATATTTTGATACAACAATTGATCGTAAACGATATACGTCTACAAAAGAAGTTTTAGATGCCACTCTTATCCATCAATCCATCACTGGTCTTTATGAAACACG CATTGATTTGAGTCAGCTAGGAGGTGACTAA
SpCas9 단백질SpCas9 protein
(서열번호 2)(SEQ ID NO: 2)
MDKKYSIGLDIGTNSVGWAVITDEYKVPSKKFKVLGNTDRHSIKKNLIGALLFDSGETAEATRLKRTARRRYTRRKNRICYLQEIFSNEMAKVDDSFFHRLEESFLVEEDKKHERHPIFGNIVDEVAYHEKYPTIYHLRKKLVDSTDKADLRLIYLALAHMIKFRGHFLIEGDLNPDNSDVDKLFIQLVQTYNQLFEENPINASGVDAKAILSARLSKSRRLENLIAQLPGEKKNGLFGNLIALSLGLTPNFKSNFDLAEDAKLQLSKDTYDDDLDNLLAQIGDQYADLFLAAKNLSDAILLSDILRVNTEITKAPLSASMIKRYDEHHQDLTLLKALVRQQLPEKYKEIFFDQSKNGYAGYIDGGASQEEFYKFIKPILEKMDGTEELLVKLNREDLLRKQRTFDNGSIPHQIHLGELHAILRRQEDFYPFLKDNREKIEKILTFRIPYYVGPLARGNSRFAWMTRKSEETITPWNFEEVVDKGASAQSFIERMTNFDKNLPNEKVLPKHSLLYEYFTVYNELTKVKYVTEGMRKPAFLSGEQKKAIVDLLFKTNRKVTVKQLKEDYFKKIECFDSVEISGVEDRFNASLGTYHDLLKIIKDKDFLDNEENEDILEDIVLTLTLFEDREMIEERLKTYAHLFDDKVMKQLKRRRYTGWGRLSRKLINGIRDKQSGKTILDFLKSDGFANRNFMQLIHDDSLTFKEDIQKAQVSGQGDSLHEHIANLAGSPAIKKGILQTVKVVDELVKVMGRHKPENIVIEMARENQTTQKGQKNSRERMKRIEEGIKELGSQILKEHPVENTQLQNEKLYLYYLQNGRDMYVDQELDINRLSDYDVDHIVPQSFLKDDSIDNKVLTRSDKNRGKSDNVPSEEVVKKMKNYWRQLLNAKLITQRKFDNLTKAERGGLSELDKAGFIKRQLVETRQITKHVAQILDSRMNTKYDENDKLIREVKVITLKSKLVSDFRKDFQFYKVREINNYHHAHDAYLNAVVGTALIKKYPKLESEFVYGDYKVYDVRKMIAKSEQEIGKATAKYFFYSNIMNFFKTEITLANGEIRKRPLIETNGETGEIVWDKGRDFATVRKVLSMPQVNIVKKTEVQTGGFSKESILPKRNSDKLIARKKDWDPKKYGGFDSPTVAYSVLVVAKVEKGKSKKLKSVKELLGITIMERSSFEKNPIDFLEAKGYKEVKKDLIIKLPKYSLFELENGRKRMLASAGELQKGNELALPSKYVNFLYLASHYEKLKGSPEDNEQKQLFVEQHKHYLDEIIEQISEFSKRVILADANLDKVLSAYNKHRDKPIREQAENIIHLFTLTNLGAPAAFKYFDTTIDRKRYTSTKEVLDATLIHQSITGLYETRIDLSQLGGDMDKKYSIGLDIGTNSVGWAVITDEYKVPSKKFKVLGNTDRHSIKKNLIGALLFDSGETAEATRLKRTARRRYTRRKNRICYLQEIFSNEMAKVDDSFFHRLEESFLVEEDKKHERHPIFGNIVDEVAYHEKYPTIYHLRKKLVDSTDKADLRLIYLALAHMIKFRGHFLIEGDLNPDNSDVDKLFIQLVQTYNQLFEENPINASGVDAKAILSARLSK SRRLENLIAQLPGEKKNGLFGNLIALSLGLTPNFKSNFDLAEDAKLQLSKDTYDDDLDNLLAQIGDQYADLFLAAKNLSDAILLSDILRVNTEITKAPLSASMIKRYDEHHQDLTLLKALVRQQLPEKYKEIFFDQSKNGYAGYIDGGASQEEFYKFIKPILEKMDGTEELLVKLNREDLLRKQRTFDNGSIPHQIHLGELHAILRRQEDF YPFLKDNREKIEKILTFRIPYYVGPLARGNSRFAWMTRKSEETITPWNFEEVVDKGASAQSFIERMTNFDKNLPNEKVLPKHSLLYEYFTVYNELTKVKYVTEMRKPAFLSGEQKKAIVDLLFKTNRKVTVKQLKEDYFKKIECFDSVEISGVEDRFNASLGTYHDLLKIIKDKDFLDNEENEDILEDIVLTLTLFEDREMIEERLKTYAHLFD DKVMKQLKRRRYTGWGRLSRKLINGIRDKQSGKTILDFLKSDGFANRNFMQLIHDDSLTFKEDIQKAQVSGQGDSLHEHIANLAGSPAIKKGILQTVKVVDELVKVMGRHKPENIVIEMARENQTTQKGQKNSRERMKRIEEGIKELGSQILKEHPVENTQLQNEKLYLYYLQNGRDMYVDQELDINRLSDYDVDHIVP QSFLKDDSIDNKVLTRSDKNRGKSDNVPSEEVVKKMKNYWRQLLNAKLITQRKFDNLTKAERGGLSELDKAGFIKRQLVETRQITKHVAQILDSRMNTKYDENDKLIREVKVITLKSKLVSDFRKDFQFYKVREINNYHHAHDAYLNAVVGTALIKKYPKLESEFVYGDYKVYDVRKMIAKSEQEIGKATAKYFFYSNIM NFFKTEITLANGEIRKRPLIETNGETGEIVWDKGRDFATVRKVLSMPQVNIVKKTEVQTGGFSKESILPKRNSDKLIARKKDWDPKKYGGFDSPTVAYSVLVVAKVEKGKSKKLKSVKELLGITIMERSSFEKNPIDFLEAKGYKEVKKDLIIKLPKYSLFELENGRKRMLASAGELQKGNELALPSKYVNFLYLASHYEKLKGSPEDNEQKQ LFVEQHKHYLDEIIEQISEFSKRVILADANLDKVLSAYNKHRDKPIREQAENIIHLFTLTNLGAPAAFKYFDTTIDRKRYTSTKEVLDATLIHQSITGLYETRIDLSQLGGD
Cas9-PAMless1 DNACas9-PAMless1 DNA
(결실+8개의 점돌연변이+(Deletion+8 point mutations+
삽입)insertion)
(서열번호 3)(SEQ ID NO: 3)
atggataagaaatactcaataggcttagatatcggcacaaatagcgtcggatgggcggtgatcactgatgaatataaggttccgtctaaaaagttcaaggttctgggaaatacagaccgccacagtatcaaaaaaaatcttataggggctcttttatttgacagtggagagacagcggaagcgactcgtctcaaacggacagctcgtagaaggtatacacgtcggaagaatcgtatttgttatctacaggagattttttcaaatgagatggcgaaagtagatgatagtttctttcatcgacttgaagagtcttttttggtggaagaagacaagaagcatgaacgtcatcctatttttggaaatatagtagatgaagttgcttatcatgagaaatatccaactatctatcatctgcgaaaaaaattggtagattctactgataaagcggatttgcgcttaatctatttggccttagcgcatatgattaagtttcgtggtcattttttgattgagggagatttaaatcctgataatagtgatgtggacaaactatttatccagttggtacaaacctacaatcaattatttgaagaaaaccctattaacgcaagtggagtagatgctaaagcgattctttctgcacgattgagtaaatcaagacgattagaaaatctcattgctcagctccccggtgagaagaaaaatggcttatttgggaatctcattgctttgtcattgggtttgacccctaattttaaatcaaattttgatttggcagaagatgctaaattacagctttcaaaagatacttacgatgatgatttagataatttattggcgcaaattggagatcaatatgctgatttgtttttggcagctaagaatttatcagatgctattttactttcagatatcctaagagtaaatactgaaataactaaggctcccctatcagcttcaatgattaaacgctacgatgaacatcatcaagacttgactcttttaaaagctttagttcgacaacaacttccagaaaagtataaagaaatcttttttgatcaatcaaaaaacggatatgcaggttatattgatgggggagctagccaagaagaattttataaatttatcaaaccaattttagaaaaaatggatggtactgaggaattattggtgaaactaaatcgtgaagatttgctgcgcaagcaacggacctttgacaacggctctattccccatcaaattcacttgggtgagctgcatgctattttgagaagacaagaagacttttatccatttttaaaagacaatcgtgagaagattgaaaaaatcttgacttttcgaattccttattatgttggtccattggcgcgtggcaatagtcgttttgcatggatgactcggaagtctgaagaaacaattaccccatggaattttgaagaagttgtcgataaaggtgcttcagctcaatcatttattgaacgcatgacaaactttgataaaaatcttccaaatgaaaaagtactaccaaaacatagtttgctttatgagtattttacggtttataacgaattgacaaaggtcaaatatgttactgaaggaatgcgaaaaccagcatttctttcaggtgaacagaagaaagccattgttgatttactcttcaaaacaaatcgaaaagtaaccgttaagcaattaaaagaagattatttcaaaaaaatagaatgttttgatagtgttgaaatttcaggagttgaagatagatttaatgcttcattaggtacctaccatgatttgctaaaaattattaaagataaagattttttggataatgaagaaaatgaagatatcttagaggatattgttttaacattgaccttatttgaagatagggagatgattgaggaaagacttaaaacatatgctcacctctttgatgataaggtgatgaaacagcttaaacgtcgccgttatactggttggggacgtttgtctcgaaaattgattaatggtattagggataagcaatctggcaaaacaatattagattttttgaaatcagatggttttgccaatcgcaattttatgcagctgatccatgatgatagtttgacatttaaagaagacattcaaaaagcacaagtgtctggacaaggcgatagtttacatgaacatattgcaaatttagctggtagccctgctattaaaaaaggtattttacagactgtaaaagttgttgatgaattggtcaaagtaatggggcggcataagccagaaaatatcgttattgaaatggcacgtgaaaatcagacaactcaaaagggccagaaaaattcgcgagagcgtatgaaacgaatcgaagaaggtatcaaagaattaggaagtcagattcttaaagagcatcctgttgaaaatactcaattgcaaaatgaaaagctctatctctattatctccaaaatggaagagacatgtatgtggaccaagaattagatattaatcgtttaagtgattatgatgtcgatcacattgttccacaaagtttccttaaagacgattcaatagacaataaggtcttaacgcgttctgataaaaatcgtggtaaatcggataacgttccaagtgaagaagtagtcaaaaagatgaaaaactattggagacaacttctaaacgccaagttaatcactcaacgtaagtttgataatttaacgaaagctgaacgtggaggtttgagtgaacttgataaagctggttttatcaaacgccaattggttgaaactcgccaaatcactaagcatgtggcacaaattttggatagtcgcatgaatactaaatacgatgaaaatgataaacttattcgagaggttaaagtgattaccttaaaatctaaattagtttctgacttccgaaaagatttccaattctataaagtacgtgagattaacaattaccatcatgcccatgatgcgtatctaaatgccgtcgttggaactgctttgattaagaaatatccaaaacttgaatcggagtttgtctatggtgattataaagtttatgatgttcgtaaaatgattgctaagtctgagcaagaaataggcaaagcaaccgcaaaatatttcttttactctaatatcatgaacttcttcaaaacagaaattacacttgcaaatggagagattcgcaaacgccctctaatcgaaactaatggggaaactggagaaattgtctgggataaagggcgagattttgccacagtgcgcaaagtattgtccatgccccaagtcaatattgtcaagaaaacagaagtacagacaggcggattctccaaggagaagattttaccaaaaagaaattcggacaagcttattgctcgtaaaaaagactgggatccaaaaaaatatggtggttttcgtagtccaacggtagcttattcagtcctagtggttgctaaggtggaaaaagggaaatcgaagaagttaaaatccgttaaagagttactagggatcacaattatggaaagaagttcctttgaaaaaaatccgattgactttttagaagctaaaggatataaggaagttaaaaaagacttaatcattaaactacctaaatatagtctttttgagttagaaaacggtcgtaaacggatgctggctagtgccggacgcttacaaaaaggaaatgagtcgacagacccaaatgcccctaagagggctttgtccgcctacatgtttttcgctaacgaaaacagagatattgttcgttctgaaaatccagatatcacatttggacaagtcggcaagaagttgggtgagaagtggaaggctctaacgccagaggaaaagcagccttacgaggccaaggcccaggccgataagaagagatatgaatccgaaaaggagttatataacgccactttggctggtgcggccgcaggttcgacatttaaatattttgatacaacaattaaagctaaagcatataagaacacaaaagaagtactagatgccactcttatccatcaatccatcactggtctttatgaaacacgcattgatttgagtcagctaggaggtgactaaatggataagaaatactcaataggcttagatatcggcacaaatagcgtcggatgggcggtgatcactgatgaatataaggttccgtctaaaaagttcaaggttctgggaaatacagaccgccacagtatcaaaaaaaatcttataggggctctttttttgacagtggagagacagcggaagcgactcgtctcaaacggacagctcgtagaaggtatac acgtcggaagaatcgtatttgttatctacaggagattttttcaaatgagatggcgaaagtagatgatagtttctttcatcgacttgaagagtcttttttggtggaagaagacaagaagcatgaacgtcatcctatttttggaaatatagtagatgaagttgcttatcatgagaaatatccaactatctatcatctgcgaaaaaaattggtagattctctgata aagcggatttgcgcttaatctatttggccttagcgcatatgattaagtttcgtggtcattttttgattgagggagatttaaatcctgataatagtgatgtggacaaactatttatccagttggtacaaacctacaatcaattatttgaagaaaaccctattaacgcaagtggagtagatgctaaagcgattctttctgcacgattgagtaaatcaagacg attagaaaatctcattgctcagctccccggtgagaagaaaaatggcttatttgggaatctcattgctttgtcattgggtttgacccctaattttaaatcaaattttgatttggcagaagatgctaaattacagctttcaaaagatacttacgatgatgatttagataatttattggcgcaaattggagatcaatatgctgatttgtttttggcagctaagaattta tcagatgctattttactttcagatatcctaagagtaaatactgaaataactaaggctcccctatcagcttcaatgattaaacgctacgatgaacatcatcaagacttgactcttttaaaagctttagttcgacaacaacttccagaaaagtataaagaaatctttttttgatcaatcaaaaaacggatatgcaggttatattgatgggggagctagccaagaagaattttataa 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먼저, SpCas9 유전자의 8개의 아미노산 위치에 특정부위 돌연변이 유도법 (site-directed mutagenesis) 및 유전자 합성법 (gene synthesis)를 사용하여 새로운 돌연변이를 도입시켰다. 상기 돌연변이들의 위치, 및 치환된 아미노산은 다음과 같다: S1109K, D1135R, E1219R, D1332K, R1333A, R1335A, T1337K, 및 S1338N (도 1c). First, new mutations were introduced into eight amino acid positions of the SpCas9 gene using site-directed mutagenesis and gene synthesis. The positions of the mutations and substituted amino acids are as follows: S1109K, D1135R, E1219R, D1332K, R1333A, R1335A, T1337K, and S1338N (Figure 1c).

다음으로, L1226 내지 A1323까지의 98개의 아미노산들을 유전자 합성법으로 사용하여 결실 (deletion)시키고, 특정부위 돌연변이 유도법을 이용한 새로운 DNA 결합 도메인 (DNA binding domain)의 삽입 (insertion)을 수행하기 위한 목적으로 E1225 뒤와 F1324 앞에 SalI 및 NotI 제한효소 위치를 각각 제조하였다 (도 1b 및 도 1c).Next, 98 amino acids from L1226 to A1323 were deleted using gene synthesis and insertion of a new DNA binding domain using specific site mutagenesis was performed on E1225. SalI and NotI restriction enzyme sites were prepared behind and in front of F1324, respectively (Figures 1b and 1c).

이어서, 효모가 가지는 NHP6A 단백질의 비서열-특이적 (nonsequence-specific) DNA 결합 도메인을 돌연변이 Cas9의 제작에 사용하였다. NHP6A는 DNA에 결합하여 DNA 재조합, DNA 수선, 전사수준의 유전자 발현 조절 등의 다양한 생물학적 과정에 참여하는 것으로 알려져 있다 (ref). 삽입된 NHP6A DNA 결합 도메인의 역할은 Cas9-PAMless1의 PAM 서열인지 과정에서 DNA와의 비서열-특이적 상호작용을 매개하여 특정 PAM 서열에 대한 선호도를 가지지 않도록 하는 것이다. NHP6A 단백질의 DNA 결합 도메인의 D17 내지 A93까지의 부분을 포함한 유전자 조각을 유전자 합성법으로 제작하여, 앞서 만들어진 SpCas9 돌연변이 유전자의 SalI과 NotI 제한효소 위치에 삽입하였다. 그 결과로서 삽입된 NHP6A 단백질의 N-말단에는 Ser-Thr 링커가, C-말단에는 7개의 아미노산 (Gly-Ala-Ala-Ala-Gly-Ser-Thr)으로 이루어진 링커가 위치한다 (도 1c).Next, the nonsequence-specific DNA binding domain of the yeast NHP6A protein was used to create a mutant Cas9. NHP6A is known to bind to DNA and participate in various biological processes such as DNA recombination, DNA repair, and regulation of gene expression at the transcription level (ref). The role of the inserted NHP6A DNA binding domain is to mediate non-sequence-specific interactions with DNA during the PAM sequence recognition process of Cas9-PAMless1, thereby preventing it from having a preference for a specific PAM sequence. A gene fragment containing the DNA binding domain of the NHP6A protein from D17 to A93 was prepared by gene synthesis and inserted into the SalI and NotI restriction enzyme sites of the previously created SpCas9 mutant gene. As a result, a Ser-Thr linker is located at the N-terminus of the inserted NHP6A protein, and a linker consisting of 7 amino acids (Gly-Ala-Ala-Ala-Gly-Ser-Thr) is located at the C-terminus (Figure 1c) .

또한, 실험에서 사용한 돌연변이 Cas9 단백질 및 NHP6A 단백질의 아미노산 서열은 하기 표 2 및 표 3에 나타내었다.Additionally, the amino acid sequences of the mutant Cas9 protein and NHP6A protein used in the experiment are shown in Tables 2 and 3 below.

돌연변이 Cas9 단백질Mutant Cas9 protein
(서열번호)(SEQ ID NO)
아미노산 서열amino acid sequence
98개의 아미노산의 결실Deletion of 98 amino acids
(서열번호 4)(SEQ ID NO: 4)
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결실+5개의 점돌연변이Deletion + 5 point mutations
(서열번호 5)(SEQ ID NO: 5)
MDKKYSIGLDIGTNSVGWAVITDEYKVPSKKFKVLGNTDRHSIKKNLIGALLFDSGETAEATRLKRTARRRYTRRKNRICYLQEIFSNEMAKVDDSFFHRLEESFLVEEDKKHERHPIFGNIVDEVAYHEKYPTIYHLRKKLVDSTDKADLRLIYLALAHMIKFRGHFLIEGDLNPDNSDVDKLFIQLVQTYNQLFEENPINASGVDAKAILSARLSKSRRLENLIAQLPGEKKNGLFGNLIALSLGLTPNFKSNFDLAEDAKLQLSKDTYDDDLDNLLAQIGDQYADLFLAAKNLSDAILLSDILRVNTEITKAPLSASMIKRYDEHHQDLTLLKALVRQQLPEKYKEIFFDQSKNGYAGYIDGGASQEEFYKFIKPILEKMDGTEELLVKLNREDLLRKQRTFDNGSIPHQIHLGELHAILRRQEDFYPFLKDNREKIEKILTFRIPYYVGPLARGNSRFAWMTRKSEETITPWNFEEVVDKGASAQSFIERMTNFDKNLPNEKVLPKHSLLYEYFTVYNELTKVKYVTEGMRKPAFLSGEQKKAIVDLLFKTNRKVTVKQLKEDYFKKIECFDSVEISGVEDRFNASLGTYHDLLKIIKDKDFLDNEENEDILEDIVLTLTLFEDREMIEERLKTYAHLFDDKVMKQLKRRRYTGWGRLSRKLINGIRDKQSGKTILDFLKSDGFANRNFMQLIHDDSLTFKEDIQKAQVSGQGDSLHEHIANLAGSPAIKKGILQTVKVVDELVKVMGRHKPENIVIEMARENQTTQKGQKNSRERMKRIEEGIKELGSQILKEHPVENTQLQNEKLYLYYLQNGRDMYVDQELDINRLSDYDVDHIVPQSFLKDDSIDNKVLTRSDKNRGKSDNVPSEEVVKKMKNYWRQLLNAKLITQRKFDNLTKAERGGLSELDKAGFIKRQLVETRQITKHVAQILDSRMNTKYDENDKLIREVKVITLKSKLVSDFRKDFQFYKVREINNYHHAHDAYLNAVVGTALIKKYPKLESEFVYGDYKVYDVRKMIAKSEQEIGKATAKYFFYSNIMNFFKTEITLANGEIRKRPLIETNGETGEIVWDKGRDFATVRKVLSMPQVNIVKKTEVQTGGFSKESILPKRNSDKLIARKKDWDPKKYGGFRSPTVAYSVLVVAKVEKGKSKKLKSVKELLGITIMERSSFEKNPIDFLEAKGYKEVKKDLIIKLPKYSLFELENGRKRMLASAGRLQKGNEFKYFDTTIKRKRYKNTKEVLDATLIHQSITGLYETRIDLSQLGGDMDKKYSIGLDIGTNSVGWAVITDEYKVPSKKFKVLGNTDRHSIKKNLIGALLFDSGETAEATRLKRTARRRYTRRKNRICYLQEIFSNEMAKVDDSFFHRLEESFLVEEDKKHERHPIFGNIVDEVAYHEKYPTIYHLRKKLVDSTDKADLRLIYLALAHMIKFRGHFLIEGDLNPDNSDVDKLFIQLVQTYNQLFEENPINASGVDAKAILSARLSK SRRLENLIAQLPGEKKNGLFGNLIALSLGLTPNFKSNFDLAEDAKLQLSKDTYDDDLDNLLAQIGDQYADLFLAAKNLSDAILLSDILRVNTEITKAPLSASMIKRYDEHHQDLTLLKALVRQQLPEKYKEIFFDQSKNGYAGYIDGGASQEEFYKFIKPILEKMDGTEELLVKLNREDLLRKQRTFDNGSIPHQIHLGELHAILRRQEDF YPFLKDNREKIEKILTFRIPYYVGPLARGNSRFAWMTRKSEETITPWNFEEVVDKGASAQSFIERMTNFDKNLPNEKVLPKHSLLYEYFTVYNELTKVKYVTEMRKPAFLSGEQKKAIVDLLFKTNRKVTVKQLKEDYFKKIECFDSVEISGVEDRFNASLGTYHDLLKIIKDKDFLDNEENEDILEDIVLTLTLFEDREMIEERLKTYAHLFD DKVMKQLKRRRYTGWGRLSRKLINGIRDKQSGKTILDFLKSDGFANRNFMQLIHDDSLTFKEDIQKAQVSGQGDSLHEHIANLAGSPAIKKGILQTVKVVDELVKVMGRHKPENIVIEMARENQTTQKGQKNSRERMKRIEEGIKELGSQILKEHPVENTQLQNEKLYLYYLQNGRDMYVDQELDINRLSDYDVDHIVP QSFLKDDSIDNKVLTRSDKNRGKSDNVPSEEVVKKMKNYWRQLLNAKLITQRKFDNLTKAERGGLSELDKAGFIKRQLVETRQITKHVAQILDSRMNTKYDENDKLIREVKVITLKSKLVSDFRKDFQFYKVREINNYHHAHDAYLNAVVGTALIKKYPKLESEFVYGDYKVYDVRKMIAKSEQEIGKATAKYFFYSNIM NFFKTEITLANGEIRKRPLIETNGETGEIVWDKGRDFATVRKVLSMPQVNIVKKTEVQTGGFSKESILPKRNSDKLIARKKDWDPKKYGGFRSPTVAYSVLVVAKVEKGKSKKLKSVKELLGITIMERSSFEKNPIDFLEAKGYKEVKKDLIIKLPKYSLFELENGRKRMLASAGRLQKGNEFKYFDTTIKRKRYKNTKEVLDATLIHQSITGLYE TRIDLSQLGGD
결실+8개의 점돌연변이Deletion + 8 point mutations
(서열번호 6)(SEQ ID NO: 6)
MDKKYSIGLDIGTNSVGWAVITDEYKVPSKKFKVLGNTDRHSIKKNLIGALLFDSGETAEATRLKRTARRRYTRRKNRICYLQEIFSNEMAKVDDSFFHRLEESFLVEEDKKHERHPIFGNIVDEVAYHEKYPTIYHLRKKLVDSTDKADLRLIYLALAHMIKFRGHFLIEGDLNPDNSDVDKLFIQLVQTYNQLFEENPINASGVDAKAILSARLSKSRRLENLIAQLPGEKKNGLFGNLIALSLGLTPNFKSNFDLAEDAKLQLSKDTYDDDLDNLLAQIGDQYADLFLAAKNLSDAILLSDILRVNTEITKAPLSASMIKRYDEHHQDLTLLKALVRQQLPEKYKEIFFDQSKNGYAGYIDGGASQEEFYKFIKPILEKMDGTEELLVKLNREDLLRKQRTFDNGSIPHQIHLGELHAILRRQEDFYPFLKDNREKIEKILTFRIPYYVGPLARGNSRFAWMTRKSEETITPWNFEEVVDKGASAQSFIERMTNFDKNLPNEKVLPKHSLLYEYFTVYNELTKVKYVTEGMRKPAFLSGEQKKAIVDLLFKTNRKVTVKQLKEDYFKKIECFDSVEISGVEDRFNASLGTYHDLLKIIKDKDFLDNEENEDILEDIVLTLTLFEDREMIEERLKTYAHLFDDKVMKQLKRRRYTGWGRLSRKLINGIRDKQSGKTILDFLKSDGFANRNFMQLIHDDSLTFKEDIQKAQVSGQGDSLHEHIANLAGSPAIKKGILQTVKVVDELVKVMGRHKPENIVIEMARENQTTQKGQKNSRERMKRIEEGIKELGSQILKEHPVENTQLQNEKLYLYYLQNGRDMYVDQELDINRLSDYDVDHIVPQSFLKDDSIDNKVLTRSDKNRGKSDNVPSEEVVKKMKNYWRQLLNAKLITQRKFDNLTKAERGGLSELDKAGFIKRQLVETRQITKHVAQILDSRMNTKYDENDKLIREVKVITLKSKLVSDFRKDFQFYKVREINNYHHAHDAYLNAVVGTALIKKYPKLESEFVYGDYKVYDVRKMIAKSEQEIGKATAKYFFYSNIMNFFKTEITLANGEIRKRPLIETNGETGEIVWDKGRDFATVRKVLSMPQVNIVKKTEVQTGGFSKEKILPKRNSDKLIARKKDWDPKKYGGFRSPTVAYSVLVVAKVEKGKSKKLKSVKELLGITIMERSSFEKNPIDFLEAKGYKEVKKDLIIKLPKYSLFELENGRKRMLASAGRLQKGNEFKYFDTTIKAKAYKNTKEVLDATLIHQSITGLYETRIDLSQLGGDMDKKYSIGLDIGTNSVGWAVITDEYKVPSKKFKVLGNTDRHSIKKNLIGALLFDSGETAEATRLKRTARRRYTRRKNRICYLQEIFSNEMAKVDDSFFHRLEESFLVEEDKKHERHPIFGNIVDEVAYHEKYPTIYHLRKKLVDSTDKADLRLIYLALAHMIKFRGHFLIEGDLNPDNSDVDKLFIQLVQTYNQLFEENPINASGVDAKAILSARLSK SRRLENLIAQLPGEKKNGLFGNLIALSLGLTPNFKSNFDLAEDAKLQLSKDTYDDDLDNLLAQIGDQYADLFLAAKNLSDAILLSDILRVNTEITKAPLSASMIKRYDEHHQDLTLLKALVRQQLPEKYKEIFFDQSKNGYAGYIDGGASQEEFYKFIKPILEKMDGTEELLVKLNREDLLRKQRTFDNGSIPHQIHLGELHAILRRQEDF YPFLKDNREKIEKILTFRIPYYVGPLARGNSRFAWMTRKSEETITPWNFEEVVDKGASAQSFIERMTNFDKNLPNEKVLPKHSLLYEYFTVYNELTKVKYVTEMRKPAFLSGEQKKAIVDLLFKTNRKVTVKQLKEDYFKKIECFDSVEISGVEDRFNASLGTYHDLLKIIKDKDFLDNEENEDILEDIVLTLTLFEDREMIEERLKTYAHLFD DKVMKQLKRRRYTGWGRLSRKLINGIRDKQSGKTILDFLKSDGFANRNFMQLIHDDSLTFKEDIQKAQVSGQGDSLHEHIANLAGSPAIKKGILQTVKVVDELVKVMGRHKPENIVIEMARENQTTQKGQKNSRERMKRIEEGIKELGSQILKEHPVENTQLQNEKLYLYYLQNGRDMYVDQELDINRLSDYDVDHIVP QSFLKDDSIDNKVLTRSDKNRGKSDNVPSEEVVKKMKNYWRQLLNAKLITQRKFDNLTKAERGGLSELDKAGFIKRQLVETRQITKHVAQILDSRMNTKYDENDKLIREVKVITLKSKLVSDFRKDFQFYKVREINNYHHAHDAYLNAVVGTALIKKYPKLESEFVYGDYKVYDVRKMIAKSEQEIGKATAKYFFYSNIM NFFKTEITLANGEIRKRPLIETNGETGEIVWDKGRDFATVRKVLSMPQVNIVKKTEVQTGGFSKEKILPKRNSDKLIARKKDWDPKKYGGFRSPTVAYSVLVVAKVEKGKSKKLKSVKELLGITIMERSSFEKNPIDFLEAKGYKEVKKDLIIKLPKYSLFELENGRKRMLASAGRLQKGNEFKYFDTTIKAKAYKNTKEVLDATLIHQSITGLY ETRIDLSQLGGD
결실+5개의 점돌연변이+Deletion+5 point mutations+
삽입insertion
(서열번호 7)(SEQ ID NO: 7)
MDKKYSIGLDIGTNSVGWAVITDEYKVPSKKFKVLGNTDRHSIKKNLIGALLFDSGETAEATRLKRTARRRYTRRKNRICYLQEIFSNEMAKVDDSFFHRLEESFLVEEDKKHERHPIFGNIVDEVAYHEKYPTIYHLRKKLVDSTDKADLRLIYLALAHMIKFRGHFLIEGDLNPDNSDVDKLFIQLVQTYNQLFEENPINASGVDAKAILSARLSKSRRLENLIAQLPGEKKNGLFGNLIALSLGLTPNFKSNFDLAEDAKLQLSKDTYDDDLDNLLAQIGDQYADLFLAAKNLSDAILLSDILRVNTEITKAPLSASMIKRYDEHHQDLTLLKALVRQQLPEKYKEIFFDQSKNGYAGYIDGGASQEEFYKFIKPILEKMDGTEELLVKLNREDLLRKQRTFDNGSIPHQIHLGELHAILRRQEDFYPFLKDNREKIEKILTFRIPYYVGPLARGNSRFAWMTRKSEETITPWNFEEVVDKGASAQSFIERMTNFDKNLPNEKVLPKHSLLYEYFTVYNELTKVKYVTEGMRKPAFLSGEQKKAIVDLLFKTNRKVTVKQLKEDYFKKIECFDSVEISGVEDRFNASLGTYHDLLKIIKDKDFLDNEENEDILEDIVLTLTLFEDREMIEERLKTYAHLFDDKVMKQLKRRRYTGWGRLSRKLINGIRDKQSGKTILDFLKSDGFANRNFMQLIHDDSLTFKEDIQKAQVSGQGDSLHEHIANLAGSPAIKKGILQTVKVVDELVKVMGRHKPENIVIEMARENQTTQKGQKNSRERMKRIEEGIKELGSQILKEHPVENTQLQNEKLYLYYLQNGRDMYVDQELDINRLSDYDVDHIVPQSFLKDDSIDNKVLTRSDKNRGKSDNVPSEEVVKKMKNYWRQLLNAKLITQRKFDNLTKAERGGLSELDKAGFIKRQLVETRQITKHVAQILDSRMNTKYDENDKLIREVKVITLKSKLVSDFRKDFQFYKVREINNYHHAHDAYLNAVVGTALIKKYPKLESEFVYGDYKVYDVRKMIAKSEQEIGKATAKYFFYSNIMNFFKTEITLANGEIRKRPLIETNGETGEIVWDKGRDFATVRKVLSMPQVNIVKKTEVQTGGFSKESILPKRNSDKLIARKKDWDPKKYGGFRSPTVAYSVLVVAKVEKGKSKKLKSVKELLGITIMERSSFEKNPIDFLEAKGYKEVKKDLIIKLPKYSLFELENGRKRMLASAGRLQKGNESTDPNAPKRALSAYMFFANENRDIVRSENPDITFGQVGKKLGEKWKALTPEEKQPYEAKAQADKKRYESEKELYNATLAGAAAGSTFKYFDTTIKRKRYKNTKEVLDATLIHQSITGLYETRIDLSQLGGDMDKKYSIGLDIGTNSVGWAVITDEYKVPSKKFKVLGNTDRHSIKKNLIGALLFDSGETAEATRLKRTARRRYTRRKNRICYLQEIFSNEMAKVDDSFFHRLEESFLVEEDKKHERHPIFGNIVDEVAYHEKYPTIYHLRKKLVDSTDKADLRLIYLALAHMIKFRGHFLIEGDLNPDNSDVDKLFIQLVQTYNQLFEENPINASGVDAKAILSARLSK SRRLENLIAQLPGEKKNGLFGNLIALSLGLTPNFKSNFDLAEDAKLQLSKDTYDDDLDNLLAQIGDQYADLFLAAKNLSDAILLSDILRVNTEITKAPLSASMIKRYDEHHQDLTLLKALVRQQLPEKYKEIFFDQSKNGYAGYIDGGASQEEFYKFIKPILEKMDGTEELLVKLNREDLLRKQRTFDNGSIPHQIHLGELHAILRRQEDF YPFLKDNREKIEKILTFRIPYYVGPLARGNSRFAWMTRKSEETITPWNFEEVVDKGASAQSFIERMTNFDKNLPNEKVLPKHSLLYEYFTVYNELTKVKYVTEMRKPAFLSGEQKKAIVDLLFKTNRKVTVKQLKEDYFKKIECFDSVEISGVEDRFNASLGTYHDLLKIIKDKDFLDNEENEDILEDIVLTLTLFEDREMIEERLKTYAHLFD DKVMKQLKRRRYTGWGRLSRKLINGIRDKQSGKTILDFLKSDGFANRNFMQLIHDDSLTFKEDIQKAQVSGQGDSLHEHIANLAGSPAIKKGILQTVKVVDELVKVMGRHKPENIVIEMARENQTTQKGQKNSRERMKRIEEGIKELGSQILKEHPVENTQLQNEKLYLYYLQNGRDMYVDQELDINRLSDYDVDHIVP QSFLKDDSIDNKVLTRSDKNRGKSDNVPSEEVVKKMKNYWRQLLNAKLITQRKFDNLTKAERGGLSELDKAGFIKRQLVETRQITKHVAQILDSRMNTKYDENDKLIREVKVITLKSKLVSDFRKDFQFYKVREINNYHHAHDAYLNAVVGTALIKKYPKLESEFVYGDYKVYDVRKMIAKSEQEIGKATAKYFFYSNIM NFFKTEITLANGEIRKRPLIETNGETGEIVWDKGRDFATVRKVLSMPQVNIVKKTEVQTGGFSKESILPKRNSDKLIARKKDWDPKKYGGFRSPTVAYSVLVVAKVEKGKSKKLKSVKELLGITIMERSSFEKNPIDFLEAKGYKEVKKDLIIKLPKYSLFELENGRKRMLASAGRLQKGNESTDPNAPKRALSAYMFFANENRDIVRSENPDITFGQVG KKLGEKWKALTPEEKQPYEAKAQADKKRYESEKELYNATLAGAAAGSTFKYFDTTIKRKRYKNTKEVLDATLIHQSITGLYETRIDLSQLGGD
결실+8개의 점돌연변이+Deletion + 8 point mutations +
삽입insertion
(서열번호 8)(SEQ ID NO: 8)
MDKKYSIGLDIGTNSVGWAVITDEYKVPSKKFKVLGNTDRHSIKKNLIGALLFDSGETAEATRLKRTARRRYTRRKNRICYLQEIFSNEMAKVDDSFFHRLEESFLVEEDKKHERHPIFGNIVDEVAYHEKYPTIYHLRKKLVDSTDKADLRLIYLALAHMIKFRGHFLIEGDLNPDNSDVDKLFIQLVQTYNQLFEENPINASGVDAKAILSARLSKSRRLENLIAQLPGEKKNGLFGNLIALSLGLTPNFKSNFDLAEDAKLQLSKDTYDDDLDNLLAQIGDQYADLFLAAKNLSDAILLSDILRVNTEITKAPLSASMIKRYDEHHQDLTLLKALVRQQLPEKYKEIFFDQSKNGYAGYIDGGASQEEFYKFIKPILEKMDGTEELLVKLNREDLLRKQRTFDNGSIPHQIHLGELHAILRRQEDFYPFLKDNREKIEKILTFRIPYYVGPLARGNSRFAWMTRKSEETITPWNFEEVVDKGASAQSFIERMTNFDKNLPNEKVLPKHSLLYEYFTVYNELTKVKYVTEGMRKPAFLSGEQKKAIVDLLFKTNRKVTVKQLKEDYFKKIECFDSVEISGVEDRFNASLGTYHDLLKIIKDKDFLDNEENEDILEDIVLTLTLFEDREMIEERLKTYAHLFDDKVMKQLKRRRYTGWGRLSRKLINGIRDKQSGKTILDFLKSDGFANRNFMQLIHDDSLTFKEDIQKAQVSGQGDSLHEHIANLAGSPAIKKGILQTVKVVDELVKVMGRHKPENIVIEMARENQTTQKGQKNSRERMKRIEEGIKELGSQILKEHPVENTQLQNEKLYLYYLQNGRDMYVDQELDINRLSDYDVDHIVPQSFLKDDSIDNKVLTRSDKNRGKSDNVPSEEVVKKMKNYWRQLLNAKLITQRKFDNLTKAERGGLSELDKAGFIKRQLVETRQITKHVAQILDSRMNTKYDENDKLIREVKVITLKSKLVSDFRKDFQFYKVREINNYHHAHDAYLNAVVGTALIKKYPKLESEFVYGDYKVYDVRKMIAKSEQEIGKATAKYFFYSNIMNFFKTEITLANGEIRKRPLIETNGETGEIVWDKGRDFATVRKVLSMPQVNIVKKTEVQTGGFSKEKILPKRNSDKLIARKKDWDPKKYGGFRSPTVAYSVLVVAKVEKGKSKKLKSVKELLGITIMERSSFEKNPIDFLEAKGYKEVKKDLIIKLPKYSLFELENGRKRMLASAGRLQKGNESTDPNAPKRALSAYMFFANENRDIVRSENPDITFGQVGKKLGEKWKALTPEEKQPYEAKAQADKKRYESEKELYNATLAGAAAGSTFKYFDTTIKAKAYKNTKEVLDATLIHQSITGLYETRIDLSQLGGDMDKKYSIGLDIGTNSVGWAVITDEYKVPSKKFKVLGNTDRHSIKKNLIGALLFDSGETAEATRLKRTARRRYTRRKNRICYLQEIFSNEMAKVDDSFFHRLEESFLVEEDKKHERHPIFGNIVDEVAYHEKYPTIYHLRKKLVDSTDKADLRLIYLALAHMIKFRGHFLIEGDLNPDNSDVDKLFIQLVQTYNQLFEENPINASGVDAKAILSARLSK SRRLENLIAQLPGEKKNGLFGNLIALSLGLTPNFKSNFDLAEDAKLQLSKDTYDDDLDNLLAQIGDQYADLFLAAKNLSDAILLSDILRVNTEITKAPLSASMIKRYDEHHQDLTLLKALVRQQLPEKYKEIFFDQSKNGYAGYIDGGASQEEFYKFIKPILEKMDGTEELLVKLNREDLLRKQRTFDNGSIPHQIHLGELHAILRRQEDF YPFLKDNREKIEKILTFRIPYYVGPLARGNSRFAWMTRKSEETITPWNFEEVVDKGASAQSFIERMTNFDKNLPNEKVLPKHSLLYEYFTVYNELTKVKYVTEMRKPAFLSGEQKKAIVDLLFKTNRKVTVKQLKEDYFKKIECFDSVEISGVEDRFNASLGTYHDLLKIIKDKDFLDNEENEDILEDIVLTLTLFEDREMIEERLKTYAHLFD DKVMKQLKRRRYTGWGRLSRKLINGIRDKQSGKTILDFLKSDGFANRNFMQLIHDDSLTFKEDIQKAQVSGQGDSLHEHIANLAGSPAIKKGILQTVKVVDELVKVMGRHKPENIVIEMARENQTTQKGQKNSRERMKRIEEGIKELGSQILKEHPVENTQLQNEKLYLYYLQNGRDMYVDQELDINRLSDYDVDHIVP QSFLKDDSIDNKVLTRSDKNRGKSDNVPSEEVVKKMKNYWRQLLNAKLITQRKFDNLTKAERGGLSELDKAGFIKRQLVETRQITKHVAQILDSRMNTKYDENDKLIREVKVITLKSKLVSDFRKDFQFYKVREINNYHHAHDAYLNAVVGTALIKKYPKLESEFVYGDYKVYDVRKMIAKSEQEIGKATAKYFFYSNIM NFFKTEITLANGEIRKRPLIETNGETGEIVWDKGRDFATVRKVLSMPQVNIVKKTEVQTGGFSKEKILPKRNSDKLIARKKDWDPKKYGGFRSPTVAYSVLVVAKVEKGKSKKLKSVKELLGITIMERSSFEKNPIDFLEAKGYKEVKKDLIIKLPKYSLFELENGRKRMLASAGRLQKGNESTDPNAPKRALSAYMFFANENRDIVRSENPDITFGQV GKKLGEKWKALTPEEKQPYEAKAQADKKRYESEKELYNATLAGAAAGSTFKYFDTTIKAKAYKNTKEVLDATLIHQSITGLYETRIDLSQLGGD

구분division
(서열번호)(SEQ ID NO)
아미노산 서열amino acid sequence
NHP6A 단백질NHP6A protein
(서열번호 9)(SEQ ID NO: 9)
DPNAPKRALSAYMFFANENRDIVRSENPDITFGQVGKKLGEKWKALTPEEKQPYEAKAQADKKRYESEKELYNATLADPNAPKRALSAYMFFANENRDIVRSENPDITFGQVGKKLGEKWKALTPEEKQPYEAKAQADKKRYESEKELYNATLA

1-2. 표적 플라스미드의 제작1-2. Construction of target plasmid

도 2에 나타낸 바와 같이, Cas9-PAMless1의 특정 염기서열에 대한 DNA 절단 (cleavage) 활성을 확인하기 위하여 사용되는 DNA 기질은, pUC19X plasmid의 EcoRI/SalI 제한효소 사이트에 화학적으로 합성된 DNA duplex 조각을 삽입하여 제작했다. 이렇게 만들어진 표적 플라스미드 (pTarget plasmid)들은 특정한 표적서열 (target sequence) 및 특정한 PAM 서열로 구성된 삽입 조각을 가지도록 제작됐다. 예를 들어, pTarget-T1-GGG는 표적서열이 5′-TAA AAG GGC GAT CTA ATG AA-3′ 이며, PAM 서열은 5′-GGG-3′ 이다.As shown in Figure 2, the DNA substrate used to confirm the DNA cleavage activity of Cas9-PAMless1 for a specific base sequence is a chemically synthesized DNA duplex fragment in the EcoRI/SalI restriction enzyme site of the pUC19X plasmid. It was produced by inserting it. Target plasmids (pTarget plasmids) created in this way were designed to have an insertion fragment consisting of a specific target sequence and a specific PAM sequence. For example, the target sequence of pTarget-T1-GGG is 5′-TAA AAG GGC GAT CTA ATG AA-3′, and the PAM sequence is 5′-GGG-3′.

참고로, 본 실시예에서 사용한 pUC19X plasmid는 DNA 절단활성을 agarose gel에서 용이하게 확인할 수 있도록, pUC19의 1882 내지 1887 뉴클레오티드 위치에 특정부위 돌연변이 유도법을 사용하여 새로운 XhoI 제한효소 사이트를 도입한 플라스미드이다.For reference, the pUC19X plasmid used in this example contains nucleotides 1882 to 1887 of pUC19 so that its DNA cleavage activity can be easily confirmed on an agarose gel. This is a plasmid in which a new XhoI restriction enzyme site was introduced using site-specific mutagenesis.

실시예 2. pM-Cas9-PAMless1이 도입된 형질전환체의 제조Example 2. Preparation of transformant into which pM-Cas9-PAMless1 was introduced

pM-Cas9-PAMless1의 형질전환에 사용되는 숙주는 대장균 Rosetta2 (DE3) strain으로, 상기 균주는 유전체 내에 T7 프로모터를 사용하는 단백질을 발현할 수 있는 T7 RNA polymerase의 유전자를 가지고 있다.The host used for transformation of pM-Cas9-PAMless1 is E. coli Rosetta2 (DE3) strain, which has a T7 RNA polymerase gene in its genome that can express proteins using the T7 promoter.

대장균 숙주의 형질전환을 위해 필요한 competent cell은 당업계에 잘 알려진 CaCl2법 (Sambrook J, Fritsch E, Maniatis T. Molecular cloning: a laboratory manual 1989. 2. New York: Cold Spring Harbor Laboratory; 1989.)을 이용하여 제작했다.Competent cells required for transformation of E. coli hosts can be obtained using the CaCl 2 method well known in the art (Sambrook J, Fritsch E, Maniatis T. Molecular cloning: a laboratory manual 1989. 2. New York: Cold Spring Harbor Laboratory; 1989.) It was produced using .

제작된 competent cell이 분산된 용액 50 μL와 pM-Cas9-PAMless1 발현벡터 1 μL를 잘 섞고 0℃에서 약 40분간 방치한 다음, 42℃에서 90초 동안 heat shock을 가한 후 다시 0℃에서 2분간 방치하였다. 여기에 멸균된 액상의 LB (Luria Bertani) 배지를 약 1 mL 첨가한 다음, 37℃ 및 220 rpm에서 약 45분간 진탕배양하였다. 그 후, 상기 배양액을 카나마이신 (Kanamycin, Kan)이 최종 30 μg/mL 농도로 첨가된 LB 고체 배지에 도말한 다음, 37℃에서 하룻밤 배양하여 단일 콜로니 (single colony)를 얻었다.Mix 50 μL of the solution in which the produced competent cells are dispersed and 1 μL of the pM-Cas9-PAMless1 expression vector and leave at 0°C for about 40 minutes. Then, heat shock was applied at 42°C for 90 seconds and then again at 0°C for 2 minutes. It was left unattended. About 1 mL of sterilized liquid LB (Luria Bertani) medium was added here, and then cultured with shaking at 37°C and 220 rpm for about 45 minutes. Thereafter, the culture was spread on LB solid medium to which kanamycin (Kan) was added at a final concentration of 30 μg/mL, and then cultured overnight at 37°C to obtain a single colony.

참고로, 본 실시예에서 사용한 LB 배지는 Tryptone 12 g/L, Yeast extract 5 g/L, 및 sodium chloride 10 g/L로 구성되어있다.For reference, the LB medium used in this example consists of Tryptone 12 g/L, Yeast extract 5 g/L, and sodium chloride 10 g/L.

실시예 3. pM-Cas9-PAMless1/Rosetta2 (DE3)를 이용한 단백질 발현 및 활성 확인 실험Example 3. Protein expression and activity confirmation experiment using pM-Cas9-PAMless1/Rosetta2 (DE3)

3-1. 형질전환체에 의한 pM-Cas9-PAMless1 단백질 발현3-1. pM-Cas9-PAMless1 protein expression by transformants

실시예 2에서 제조한 pM-Cas9-PAMless1/Rosetta2 (DE3) (pM-Cas9-PAMless1이 도입된 형질전환체)를 TB (Terrific-Broth) 배지에서 배양하였다. TB배지는 Tryptone 20 g/L, Yeast extract 24 g/L, 100% glycerol 4 mL/L, 및 phosphate buffer (0.17 M KH2PO4,0.72 M K2HPO4)100 mL/L로 구성되어있다. pM-Cas9-PAMless1/Rosetta2 (DE3) (transformant into which pM-Cas9-PAMless1 was introduced) prepared in Example 2 was cultured in TB (Terrific-Broth) medium. TB medium consists of 20 g/L of Tryptone, 24 g/L of yeast extract, 4 mL/L of 100% glycerol, and 100 mL/L of phosphate buffer (0.17 M KH 2 PO 4 , 0.72 MK 2 HPO 4 ).

먼저, 대량배양을 위한 overnight culture를 준비하기 위해 단일 콜로니에서 얻은 대장균을 TB/Kan 배지 (Kan의 최종 농도=30 μg/mL) 5 mL에 접종한 뒤, 교반기에서 200 rpm의 속도로 37℃에서 하루 동안 키운다.First, to prepare an overnight culture for mass culture, E. coli obtained from a single colony was inoculated into 5 mL of TB/Kan medium (final concentration of Kan = 30 μg/mL) and then incubated at 37°C at a speed of 200 rpm on a shaker. Grow it for a day.

대량배양을 위해 2 L 용기의 플라스크에 들어있는 새로운 400 mL의 TB/Kan 배지에, 전날 접종한 overnight culture 3 mL를 넣어 교반기에서 200 rpm의 속도로 37℃로 키우고, 600 nm에서 재조합 형질전환체의 흡광도가 0.8에 도달하면 온도를 16℃로 낮추었다. 그리고 T7 polymerase 유전자의 프로모터에서 전사를 유도하기 위하여 IPTG를 최종 농도가 0.2 mM이 되도록 배지에 첨가하였다. For mass culture, add 3 mL of the overnight culture inoculated the previous day to 400 mL of new TB/Kan medium in a 2 L flask, grow at 37°C on a shaker at a speed of 200 rpm, and measure the recombinant transformant at 600 nm. When the absorbance reached 0.8, the temperature was lowered to 16°C. And to induce transcription from the promoter of the T7 polymerase gene, IPTG was added to the medium to a final concentration of 0.2 mM.

3-2. pM-Cas9-PAMless1 단백질의 정제3-2. Purification of pM-Cas9-PAMless1 protein

형질전환체로부터 발현된 Cas9-PAMless1 단백질의 정제 과정은 다음과 같다:The purification process for Cas9-PAMless1 protein expressed from the transformant is as follows:

(1) 단백질이 발현된 대장균 세포를 4℃에서 10분 동안 원심 분리하여 모은다.(1) E. coli cells expressing protein are collected by centrifugation at 4°C for 10 minutes.

(2) Lysis buffer (50 mM Tris-Cl, pH7.5, 300 mM NaCl, 10% (v/v) glycerol, 0.1% tween 20, 및 2mM β-Mercaptoethanol) 80 mL를 사용하여 세포를 재분산시킨 후, 50 unit의 benzonase 및 최종 농도 100 μM의 PMSF (phenylmethylsulfonyl fluoride)를 첨가한다.(2) Cells were redispersed using 80 mL of lysis buffer (50mM Tris-Cl, pH7.5, 300mM NaCl, 10% (v/v) glycerol, 0.1% tween 20, and 2mM β-Mercaptoethanol). Then, 50 units of benzonase and PMSF (phenylmethylsulfonyl fluoride) at a final concentration of 100 μM are added.

(3) 재분산된 대장균 세포를 4℃의 낮은 온도에서 2시간 동안 초음파 분해 한다. (3) The redispersed E. coli cells are sonicated for 2 hours at a low temperature of 4°C.

(4) 세포의 불용성 부분 및 세포 파쇄물을 4℃에서 30분 동안 고속으로 원심 분리하여 침전시킨다.(4) Insoluble portions of cells and cell lysates are precipitated by centrifugation at high speed for 30 minutes at 4°C.

(5) 원심 분리한 상층액을 여과하고, 미리 lysis buffer와 평형을 맞춰 놓은 5 mL의 Ni-NTA 레진 (resin)과 4℃에서 1시간 동안 섞어준다. (5) Filter the centrifuged supernatant and mix with 5 mL of Ni-NTA resin previously equilibrated with lysis buffer at 4°C for 1 hour.

(6) 레진과 혼합된 용액을 정제용 컬럼에 넣고, Ni-NTA 레진이 가라앉을 때까지 기다린 후 2 mL/min의 속도로 통과시킨다.(6) Put the solution mixed with the resin into a purification column, wait until the Ni-NTA resin settles, and then pass it through at a speed of 2 mL/min.

(7) 50 mL의 Washing buffer 1 (50 mM Tri-Cl, pH7.5, 300 mM NaCl, 10 mM Imidazole, 2 mM β-Mercaptoethanol)로 컬럼을 세척한다.(7) Wash the column with 50 mL of Washing buffer 1 (50mM Tri-Cl, pH7.5, 300mM NaCl, 10mM Imidazole, 2mM β-Mercaptoethanol).

(8) 50 mL의 Washing buffer 2 (50 mM Tri-Cl, pH7.5, 300 mM NaCl, 20 mM Imidazole, 2 mM β-Mercaptoethanol)로 컬럼을 세척한다.(8) Wash the column with 50 mL of Washing buffer 2 (50mM Tri-Cl, pH7.5, 300mM NaCl, 20mM Imidazole, 2mM β-Mercaptoethanol).

(9) 15 mL의 Elution buffer (50 mM Tri-Cl, pH7.5, 300 mM NaCl, 300 mM Imidazole, 2 mM β-Mercaptoethanol)로 단백질을 용출한다.(9) Elute the protein with 15 mL of Elution buffer (50mM Tri-Cl, pH7.5, 300mM NaCl, 300mM Imidazole, 2mM β-Mercaptoethanol).

(10) 원심분리필터 (Amicon 50,000 MWCO tube)를 이용하여 4℃에서 용출한 단백질을 농축한다. 최종 부피가 1 mL 이하로 되게 한다.(10) Concentrate the eluted protein at 4°C using a centrifugal filter (Amicon 50,000 MWCO tube). Make the final volume less than 1 mL.

(11) Size exclusion (HiLoad 16/600 Superdex 200 prep grade) 컬럼을 미리 size exclusion buffer (40 mM HEPES, pH7.5, 600 mM NaCl, 1mM TCEP)로 평형을 맞춘 뒤 농축한 단백질을 주입하여 분리한다.(11) Equilibrate the size exclusion (HiLoad 16/600 Superdex 200 prep grade) column in advance with size exclusion buffer (40mM HEPES, pH7.5, 600mM NaCl, 1mM TCEP), then inject and separate the concentrated protein. .

(12) Size exclusion chromatography로부터 정제된 단백질은 원심분리필터를 이용하여 4℃에서 농축한다. 정제된 단백질은 최종 농도가 100 μM 이상으로 50% (v/v) glycerol과 함께 -20℃ (단기간 저장) 또는 -80℃ (장기간 저장)에서 보관한다.(12) Proteins purified from size exclusion chromatography are concentrated at 4°C using a centrifugal filter. Purified proteins are stored at -20℃ (short-term storage) or -80℃ (long-term storage) with 50% (v/v) glycerol at a final concentration of 100 μM or more.

도 3에 Cas9-PAMless1의 단백질의 정제과정 및 상기 과정을 통해 정제된 단백질의 순도를 나타냈다.Figure 3 shows the purification process of Cas9-PAMless1 protein and the purity of the protein purified through this process.

3-3. Cas9-PAMless1의 DNA 절단활성 확인3-3. Confirmation of DNA cutting activity of Cas9-PAMless1

정제된 단백질의 DNA 절단활성을 확인하기 위해, Cas9-PAMless1 및 화학적으로 합성된 (IDT DNA에서 구입) single guide RNA (SgRNA)의 복합체를 제조한 후, SgRNA가 타겟팅하는 염기서열을 포함하는 표적 plasmid DNA를 기질로 사용하여 DNA 절단 반응을 진행하였다. 반응 조건은 다음과 같다.To confirm the DNA cleavage activity of the purified protein, a complex of Cas9-PAMless1 and a chemically synthesized single guide RNA (SgRNA) (purchased from IDT DNA) was prepared, and then a target plasmid containing the base sequence targeted by the SgRNA was prepared. A DNA cleavage reaction was performed using DNA as a substrate. The reaction conditions are as follows.

(1) Cas9-PAMless1/SgRNA 복합체의 형성 조건: Cas9-PAMless1 단백질과 SgRNA를 CutSmart™ buffer (New England Biolab에서 구입)에서 혼합한 후, 25℃에서 10분간 방치하여 Cas9-PAMless1/SgRNA 복합체를 제조한다.(1) Conditions for formation of Cas9-PAMless1/SgRNA complex: Cas9-PAMless1 protein and SgRNA were mixed in CutSmart™ buffer (purchased from New England Biolab) and left at 25°C for 10 minutes to prepare Cas9-PAMless1/SgRNA complex. do.

(2) 필요한 농도에 해당하는 Cas9-PAMless1/SgRNA 복합체를 15 μL의 반응 부피로 300 ng의 pTarget plasmid와 섞은 후, CutSmart™ buffer 조건에서 37℃에서 16시간 동안 반응시킨다.(2) Mix the Cas9-PAMless1/SgRNA complex corresponding to the required concentration with 300 ng of pTarget plasmid in a reaction volume of 15 μL and react at 37°C for 16 hours in CutSmart™ buffer conditions.

(3) DNA 절단 반응의 활성을 용이하게 확인하기 위하여 10 unit의 XhoI 제한효소를 반응물에 넣고 37℃에서 2시간 동안 반응시킨다.(3) To easily check the activity of the DNA cleavage reaction, add 10 units of XhoI restriction enzyme to the reaction mixture and react at 37°C for 2 hours.

(4) 단백질 성분을 제거하기 위하여 0.4 unit의 Proteinase K를 반응물에 넣고 25℃에서 2시간 동안 반응시킨다.(4) To remove protein components, add 0.4 unit of Proteinase K to the reaction material and react at 25°C for 2 hours.

(5) Agarose gel에서 반응물에서 일어난 DNA 절단 반응을 확인한다.(5) Check the DNA cleavage reaction that occurred in the reactant on an agarose gel.

그 결과, 농도범위와 관계 없이 모든 범위에서 Cas9-PAMless1에 의해 절단된 DNA의 밴드가 검출되어, Cas9-PAMless1의 DNA 절단 활성이 우수한 것으로 확인되었다(도 4).As a result, bands of DNA cut by Cas9-PAMless1 were detected in all ranges regardless of the concentration range, confirming that Cas9-PAMless1 has excellent DNA cutting activity (Figure 4).

실시예 4. Cas9-PAMless1의 PAM 비의존성 (PAM-less) 활성 확인Example 4. Confirmation of PAM-independent (PAM-less) activity of Cas9-PAMless1

4-1. Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성 확인4-1. Confirmation of PAM-less activity of Cas9-PAMless1

WT SpCas9이 선호하는 PAM 서열은 5′-NGG-3′를 가지는 것으로 알려져 있다. 이와 비교하여 Cas9-PAMless1의 PAM 서열에 대한 비의존성 (PAM-less 활성)을 확인하기 위해, 14 가지의 다양한 PAM 서열에 대한 Cas9-PAMless1의 DNA 절단활성을 확인하였다. 이를 위해 사용한 PAM 서열은 다음과 같다: 5′-AGG-3′, 5′-TGG-3′, 5′-CGG-3′, 5′-GGG-3′, 5′-AAG-3′, 5′-TAG-3′, 5′-CAG-3′, 5′-GAG-3′, 5′-TGA-3′, 5′-AAC-3′, 5′-CAC-3′, 5′-GTA-3′, 5′-TAT-3′, 및 5′-TAA-3′. 각 DNA 기질이 가진 표적서열은 T1, 5′-TAA AAG GGC GAT CTA ATG AA-3′으로 모두 동일하였다 (표 4). It is known that the PAM sequence preferred by WT SpCas9 is 5′-NGG-3′. In comparison, to confirm the PAM sequence-independence (PAM-less activity) of Cas9-PAMless1, the DNA cleavage activity of Cas9-PAMless1 was confirmed for 14 different PAM sequences. The PAM sequences used for this purpose were as follows: 5′-AGG-3′, 5′-TGG-3′, 5′-CGG-3′, 5′-GGG-3′, 5′-AAG-3′; 5′-TAG-3′, 5′-CAG-3′, 5′-GAG-3′, 5′-TGA-3′, 5′-AAC-3′, 5′-CAC-3′, 5′ -GTA-3′, 5′-TAT-3′, and 5′-TAA-3′. The target sequences of each DNA substrate were all identical: T1, 5′-TAA AAG GGC GAT CTA ATG AA-3′ (Table 4).

실시예 3-3과 동일한 실험조건으로, 200 nM Cas9-PAMless1/SgRNA 복합체를 사용하여 절단활성을 확인한 결과, PAM 서열로 5′-NGG-3′를 가진 DNA 기질을 선호하여 타겟을 절단한 WT-SpCas9과 달리, Cas9-PAMless1은 각각 서로 다른 PAM 서열을 갖는 모든 DNA 기질에 대해서 동등한 수준의 DNA 절단활성을 나타내는 것으로 확인되었다 (도 5a). 상기 결과로부터 본 발명의 Cas9-PAMless1는 PAM 서열에 비의존적으로 타겟 유전자에 대해 절단활성을 발휘할 수 있음이 확인되었다.As a result of confirming the cleavage activity using 200 nM Cas9-PAMless1/SgRNA complex under the same experimental conditions as in Example 3-3, WT cleaved the target by preferring a DNA substrate with 5′-NGG-3′ as the PAM sequence. Unlike -SpCas9, Cas9-PAMless1 was confirmed to exhibit the same level of DNA cleavage activity for all DNA substrates with different PAM sequences (Figure 5a). From the above results, it was confirmed that Cas9-PAMless1 of the present invention can exert cleavage activity on the target gene independently of the PAM sequence.

표적이름target name 표적서열(5’→3’)Target sequence (5’→3’) 서열번호sequence number 비고(position)Remarks (position) T1T1 TAAAAGGGCGATCTAATGAATAAAAGGGCGATCTAATGAA 1010 -- X-TACX-TAC GCTTATCGGAAGTGAACGAA TAC # GCTTATCGGAAGTGAACGAA TAC # 1111 24458 nt to 24480 nt of lambda DNA24458 nt to 24480 nt of lambda DNA X-TGGX-TGG CGCCTCGAGTGAAGCGTTAT TGG # CGCCTCGAGTGAAGCGTTAT TGG # 1212 33495 nt to 33517 nt of lambda DNA33495 nt to 33517 nt of lambda DNA N-ATCN-ATC GCAATTAATGTGCATCGATT ATC # GCAATTAATGTGCATCGATT ATC # 1313 34685 nt to 34707 nt of lambda DNA34685 nt to 34707 nt of lambda DNA ## PAM 서열PAM sequence

4-2. Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성에 있어 각 돌연변이가 가진 영향 확인4-2. Confirm the effect of each mutation on the PAM-less activity of Cas9-PAMless1

WT-SpCas9의 아미노산 S1109는, PAM 서열 인지 후 DNA 표적서열 인지를 위한 DNA 기질의 unwinding 과정에서 중요한 것으로 알려진 phosphate-lock loop의 형성에 참여하는 것으로 보고되어 있다 (Anders C, Niewoehner O, Duerst A, Jinek M. 2014. Structural basis of PAM-dependent target DNA recognition by the Cas9 endonuclease. Nature 513(7519):569-73). 또한 R1333과 R1335는 PAM 서열의 guanine 염기들과 직접 상호작용하는 아미노산들로 알려져 있다 (Anders C, Niewoehner O, Duerst A, Jinek M. 2014. Structural basis of PAM-dependent target DNA recognition by the Cas9 endonuclease. Nature 513(7519):569-73). Amino acid S1109 of WT-SpCas9 is reported to participate in the formation of a phosphate-lock loop, which is known to be important in the unwinding process of the DNA substrate for recognition of the DNA target sequence after recognition of the PAM sequence (Anders C, Niewoehner O, Duerst A, Jinek M. 2014. Structural basis of PAM-dependent target DNA recognition by the Cas9 endonuclease. Nature 513(7519):569-73). In addition, R1333 and R1335 are known to be amino acids that directly interact with the guanine bases of the PAM sequence (Anders C, Niewoehner O, Duerst A, Jinek M. 2014. Structural basis of PAM-dependent target DNA recognition by the Cas9 endonuclease. Nature 513(7519):569-73).

따라서 상기 위치에 발생한 돌연변이와 Cas9-PAMless1의 PAM-비의존성 DNA 절단 활성과의 연관성을 확인하기 위해, 각 위치의 돌연변이에 대한 복귀 돌연변이 (revertant mutants)들을 각각 제작하였다. 구체적으로, 이들은 Cas9-PAMless-r1333/r1335 (R1333, R1335의 revertant); 및 Cas9-PAMless-s1109/r1333/r1335 (S1109, R1333, R1335의 revertant)들로서 Cas9-PAMless1과 동일한 방법으로 발현과 정제를 수행하였고, DNA 절단 활성을 실시예 4-1과 동일한 조건에서 확인했다. Therefore, in order to confirm the relationship between the mutation occurring at the above position and the PAM-independent DNA cleavage activity of Cas9-PAMless1, revertant mutants for the mutation at each position were created. Specifically, these are Cas9-PAMless-r1333/r1335 (R1333, revertant of R1335); and Cas9-PAMless-s1109/r1333/r1335 (revertants of S1109, R1333, and R1335) were expressed and purified in the same manner as Cas9-PAMless1, and DNA cleavage activity was confirmed under the same conditions as in Example 4-1.

그 결과, 도 5b 및 도 5c에 나타낸 바와 같이, 상기 복귀 돌연변이들은 Cas9-PAMless1과 유사한 수준의 PAM 서열-비의존성 DNA 절단 활성을 갖는 것으로 나타났다. 즉, 상기 결과는 S1109, R1333, 또는 R1335 위치의 아미노산 치환은 Cas9-PAMless1의 PAM-비의존성 DNA 절단 활성에 영향을 미치지 않는 것을 시사한다.As a result, as shown in Figures 5b and 5c, the revert mutants were found to have a similar level of PAM sequence-independent DNA cleavage activity as Cas9-PAMless1. In other words, the above results suggest that amino acid substitution at positions S1109, R1333, or R1335 does not affect the PAM-independent DNA cleavage activity of Cas9-PAMless1.

실시예 5. 무작위 PAM library를 이용한 Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성 확인Example 5. Confirmation of PAM-less activity of Cas9-PAMless1 using random PAM library

5-1. 무작위 PAM library를 가진 DNA 기질의 제작5-1. Construction of DNA substrate with random PAM library

PAM 서열이 위치하는 표적서열의 3′ 말단의 염기 서열이 무작위적 (random)으로 조합된 DNA 기질을 제작하였다. 구체적으로, 표적서열 3′ 말단의 5개 뉴클레오티드 자리에 뉴클레오티드가 무작위로 삽입될 수 있는 DNA 올리고를 화학적으로 합성하였다. 이를 기질로 DNA duplex를 만들고, pUC19 plasmid의 EcoRI/SalI 제한효소 위치에 삽입하여 plasmid library인, pTarget-T1-N5를 제작하였다 (도 6).A DNA substrate was prepared by randomly combining the base sequences at the 3′ end of the target sequence where the PAM sequence is located. Specifically, a DNA oligo in which nucleotides can be randomly inserted into the 5 nucleotide positions at the 3′ end of the target sequence was chemically synthesized. A DNA duplex was made using this as a substrate, and the plasmid library, pTarget-T1-N5, was created by inserting it into the EcoRI/SalI restriction enzyme site of the pUC19 plasmid (Figure 6).

5-2. 무작위 PAM library 기질에 대한 Cas9-PAMless1의 DNA 절단활성의 분석을 위한 샘플의 준비5-2. Preparation of samples for analysis of DNA cleavage activity of Cas9-PAMless1 on random PAM library substrates

실시예 3-3과 동일한 조건에서 500 ng의 pTarget-T1-N5를 DNA 기질로 하여, 200 nM의 Cas9-PAMless1/SgRNA 복합체의 DNA 절단 활성을 확인했다. DNA 기질이 된 plasmid DNA의 종류가 상이하므로, XhoI 제한효소 대신 ScaI 제한효소가 사용되었다. 절단된 DNA가 가진 PAM 서열을 확인하기 위하여, 아래와 같이 Quick blunting™ kit (New England Biolab)를 사용하여 linker DNA를 절단된 DNA 끝에 연결하는 실험을 수행하였다 : Under the same conditions as in Example 3-3, 500 ng of pTarget-T1-N5 was used as a DNA substrate, and the DNA cleavage activity of 200 nM Cas9-PAMless1/SgRNA complex was confirmed. Since the type of plasmid DNA used as the DNA substrate was different, ScaI restriction enzyme was used instead of XhoI restriction enzyme. To confirm the PAM sequence of the cut DNA, an experiment was performed in which linker DNA was linked to the end of the cut DNA using the Quick blunting™ kit (New England Biolab) as follows:

(1) Agarose gel에서 Cas9-PAMless1에 의하여 절단된 DNA를 gel-isolation kit를 사용하여 분리 추출한다.(1) DNA cleaved by Cas9-PAMless1 is separated and extracted from an agarose gel using a gel-isolation kit.

(2) 추출된 DNA는 50 μL의 반응 부피로 1´ Blunting buffer 조건에서 linker DNA, dNTP, 및 Blunt enzyme mix와 혼합한 후 25℃에서 1시간 동안 반응시킨다.(2) The extracted DNA is mixed with linker DNA, dNTP, and Blunt enzyme mix under 1' Blunting buffer conditions in a reaction volume of 50 μL, and then reacted at 25°C for 1 hour.

(3) 반응이 종료된 후, 효소의 비활성화를 위하여 반응샘플을 70℃에서 1시간 동안 방치한다.(3) After the reaction is completed, the reaction sample is left at 70°C for 1 hour to deactivate the enzyme.

(4) 40 μM의 duplex linker DNA 9 μL, 10 ´ T4 ligase buffer 10 μL, T4 DNA ligase 4 μL, 및 dH2O27μL를 반응샘플에 첨가한 후 25℃에서 16시간 동안 반응시킨다.(4) Add 9 μL of 40 μM duplex linker DNA, 10 μL of 10 ´ T4 ligase buffer, 4 μL of T4 DNA ligase, and 27 μL of dH 2 O to the reaction sample and react at 25°C for 16 hours.

(5) 반응샘플을 agarose gel에서 전기영동한 후 DNA를 gel-isolation kit를 사용하여 분리 추출한다.(5) After electrophoresis of the reaction sample on an agarose gel, the DNA is separated and extracted using a gel-isolation kit.

5-3. Dideoxy sequncing을 이용한 Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성 확인5-3. Confirmation of PAM-less activity of Cas9-PAMless1 using dideoxy sequencing

실시예 5-2에서 준비된 DNA 샘플을 주형 (template)으로 하여 PCR 반응을 진행하였다. 이 때 사용된 PCR primer 중 하나는 기질 DNA에 상보적으로 결합하며, 다른 하나는 새로이 연결된 linker DNA 부분에 결합한다.A PCR reaction was performed using the DNA sample prepared in Example 5-2 as a template. One of the PCR primers used at this time binds complementary to the substrate DNA, and the other binds to the newly connected linker DNA portion.

PCR 반응을 통해 증폭된 DNA 생성물의 서열을 확인하기 위해 표적서열의 3′ 말단쪽에서부터 염기서열을 읽을 수 있는 sequencing primer를 사용하였으며, 이를 통해 Cas9-PAMless1에 의해 절단된 pTarget-T1-N5 DNA 기질이 가진 PAM 위치의 염기서열을 확인할 수 있었다.To confirm the sequence of the DNA product amplified through PCR reaction, a sequencing primer that can read the base sequence from the 3′ end of the target sequence was used, and through this, the pTarget-T1-N5 DNA substrate cleaved by Cas9-PAMless1 The base sequence of this PAM position was confirmed.

Dideoxy sequencing을 통해 PAM 위치의 염기서열을 확인할 경우, 절단된 DNA의 혼합물을 분석하여 각 염기 위치의 조성을 정성적으로 확인하는 것이 가능하다. When confirming the base sequence of the PAM position through dideoxy sequencing, it is possible to qualitatively confirm the composition of each base position by analyzing the mixture of cut DNA.

Dideoxy sequencing 결과는 도 7에 나타냈다. Cas9-PAMless1에 의해 절단된 DNA 기질의 PAM 위치에서는 특정 염기에 대한 선호도가 없는 것으로 나타났다. 즉, 이는 본 발명에 따른 PAM-비의존적 Cas9 유전자가위의 PAM-less 활성을 입증하는 것이다.Dideoxy sequencing results are shown in Figure 7. It was found that there was no preference for a specific base at the PAM position of the DNA substrate cleaved by Cas9-PAMless1. In other words, this demonstrates the PAM-less activity of the PAM-independent Cas9 gene scissors according to the present invention.

5-4. 차세대 염기서열 분석법(Next generation sequencing)을 이용한 Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성 확인5-4. Confirmation of PAM-less activity of Cas9-PAMless1 using next generation sequencing

실시예 5-3에서 준비된 DNA 샘플을 주형 (template)으로 하여 PCR 반응을 진행하였다. 이 때 사용된 PCR primer 중 하나는 기질 DNA에 상보적으로 결합하며 다른 하나는 새로이 연결된 linker DNA 부분에 결합한다.A PCR reaction was performed using the DNA sample prepared in Example 5-3 as a template. One of the PCR primers used at this time binds complementary to the substrate DNA, and the other binds to the newly connected linker DNA portion.

PCR 반응을 통해 증폭된 DNA 생성물의 서열을 확인하기 위해 표적서열의 3′ 말단쪽에서부터 염기서열을 읽을 수 있는 sequencing primer를 사용하였으며, 이를 통해 Cas9-PAMless1에 의해 절단된 pTarget-T1-N5 DNA 기질이 가진 PAM 위치의 염기서열을 확인할 수 있었다.To confirm the sequence of the DNA product amplified through PCR reaction, a sequencing primer that can read the base sequence from the 3′ end of the target sequence was used, and through this, the pTarget-T1-N5 DNA substrate cleaved by Cas9-PAMless1 The base sequence of this PAM position was confirmed.

차세대 염기서열 분석법을 이용하여 PAM 위치의 염기서열을 확인할 경우, 절단된 DNA의 혼합물에서 각 DNA 분자가 가지는 각 염기 서열을 정확하게 확인하는 것이 가능하다. When confirming the base sequence of the PAM position using next-generation sequencing, it is possible to accurately confirm the base sequence of each DNA molecule in the mixture of cut DNA.

Cas9-PAMless1에 의해 절단된 DNA 기질이 가질 수 있는 64가지 PAM 서열 후보 (5′-NNN-3′의 64가지 조합)에 대한 선호도를 분석한 결과, WT SpCas9은 예상대로 5′-NGG-3′의 PAM 서열에 대해 높은 선호도를 보인 반면, 본 발명에 따른 변이체 유전자가위인 Cas9-PAMless1는 64가지 조합의 서열 중 특정한 서열에 대한 선호도가 없는 것을 확인할 수 있었다 (도 8). As a result of analyzing the preference for 64 PAM sequence candidates (64 combinations of 5′-NNN-3′) that DNA substrates cleaved by Cas9-PAMless1 can have, WT SpCas9 showed 5′-NGG-3 as expected. While it showed a high preference for the PAM sequence, Cas9-PAMless1, a mutant gene scissors according to the present invention, was confirmed to have no preference for a specific sequence among 64 combinations of sequences (FIG. 8).

구체적으로, Cas9-PAMless1의 PAM 서열에 대한 선호도를 나타낸 수치를 확인한 결과 0.9316 내지 2.1420으로 나타나, 가장 낮은 선호도와 가장 높은 선호도는 2.3배에 지나지 않았다. 반면, 야생형의 경우 PAM 서열에 대한 선호도가 0.1123 내지 6.3579로 나타났고 양 경계값의 차이가 약 57배라는 점에서, 특정 PAM 서열에 대한 인지(결합) 활성이 과도한 것으로 나타났다. 즉, Cas9-PAMless1 및 야생형의 각각의 경계값에 대한 차이는 약 25배로, 본원발명의 Cas9-PAMless1는 PAM 인지 활성이 현저히 저조하여 PAM 서열과 관계없이 타겟 유전자에 대한 절단 활성이 우수한 유전자 가위로 사용될 수 있음이 재확인되었다.Specifically, when the preference of Cas9-PAMless1 for the PAM sequence was checked, it was found to be 0.9316 to 2.1420, with the lowest and highest preferences being only 2.3 times higher. On the other hand, in the case of the wild type, the preference for the PAM sequence was found to be 0.1123 to 6.3579, and the difference between the two boundary values was about 57 times, indicating that the recognition (binding) activity for a specific PAM sequence was excessive. In other words, the difference between the respective threshold values of Cas9-PAMless1 and the wild type is about 25 times, and Cas9-PAMless1 of the present invention has a significantly low PAM recognition activity, making it a gene scissors with excellent cutting activity for target genes regardless of the PAM sequence. It was reaffirmed that it can be used.

5-5. 차세대 염기서열 분석법을 이용한 Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성의 촉매 속도 분석5-5. Analysis of the catalytic rate of PAM-less activity of Cas9-PAMless1 using next-generation sequencing.

실시예 3-3과 동일한 반응조건에서 100 nM의 Cas9-PAMless1/SgRNA 복합체와 200 ng의 pTarget-T1-N5를 DNA 기질로 DNA 절단 실험을 수행하였다. 이때 사용되는 반응시간은 촉매 속도 (cleavage rate)를 비교하기 위하여 20분, 50분, 100분, 200분, 500분, 및 1540분으로 각각 진행하였다. 각 반응은 최종농도 15 mM EDTA를 첨가하여 종결시켰다.A DNA cleavage experiment was performed under the same reaction conditions as in Example 3-3 using 100 nM of Cas9-PAMless1/SgRNA complex and 200 ng of pTarget-T1-N5 as DNA substrates. The reaction times used at this time were 20 minutes, 50 minutes, 100 minutes, 200 minutes, 500 minutes, and 1540 minutes, respectively, to compare catalyst cleavage rates. Each reaction was terminated by adding a final concentration of 15mM EDTA.

절단이 일어나지 않은 pTarget-T1-N5 DNA가 가진 PAM 서열들은 표적서열의 upstream과 downstream에 결합하는 primer들을 사용하여 확인하였다. Cas9-PAMless1에 의해 절단되지 않은 pTarget-T1-N5 DNA 기질이 가진 PAM 위치의 염기서열을 확인하기 위하여 PCR 반응을 통해 증폭된 DNA 생성물에 대한 차세대 염기서열 분석법을 실시하였다.The PAM sequences of pTarget-T1-N5 DNA that did not undergo cleavage were confirmed using primers that bind upstream and downstream of the target sequence. To confirm the base sequence of the PAM site of the pTarget-T1-N5 DNA substrate that was not cleaved by Cas9-PAMless1, next-generation sequencing was performed on the DNA product amplified through PCR reaction.

표적서열의 3’ 말단에 위치한 5’-NNN-3’ 위치에 각 64개의 가능한 PAM 서열 조합에 대해 정규화(normalization)한 비율을 도 9a 및 9b에 나타내었다. 이때 대조군으로 WT SpCas9를 사용하였다. 그 결과, Cas9-PAMless1의 정규화 비율의 변화는 WT SpCas9 대비 시간에 따라 좁은 범위에서 발생하는 것으로 확인되었다. 이는 WT SpCas9에서는 선호 PAM 서열(5’-NGG-3’)의 비율이 급속히 감소하는 것과 대비되는 것으로, Cas9-PAMless1이 특정한 서열을 선호하지 않는 다는 것하여 PAM으로 인지하지 않는다는 것이 재확인된 것이다.The normalized ratios for each of the 64 possible PAM sequence combinations at the 5'-NNN-3' position located at the 3' end of the target sequence are shown in Figures 9a and 9b. At this time, WT SpCas9 was used as a control. As a result, it was confirmed that the change in the normalization ratio of Cas9-PAMless1 occurred in a narrow range over time compared to WT SpCas9. This is in contrast to the rapid decrease in the ratio of the preferred PAM sequence (5'-NGG-3') in WT SpCas9, reaffirming that Cas9-PAMless1 does not prefer a specific sequence and does not recognize it as a PAM.

실시예 6. Lambda DNA에서의 Cas9-PAMless1의 PAM-less 활성 확인Example 6. Confirmation of PAM-less activity of Cas9-PAMless1 on Lambda DNA

3 kbp보다 작은 길이의 plasmid DNA 기질보다 훨씬 큰 크기의 DNA 기질에서 Cas9-PAMless1이 PAM 서열과 관계없이 표적서열을 정확하게 인지하여 자를 수 있는 지 확인하기 위하여, 길이가 긴 것을 특징으로 하는 lambda DNA에 대한 절단 활성을 분석하였다. 구체적으로, 다른 실시예에서 사용했던 2.7 kbp의 plasmid DNA 기질보다 훨씬 더 긴 길이의 DNA 기질로 48.5 kbp 크기의 선형 DNA인 Lambda DNA를 준비하였고, 실시예 3-3과 동일한 반응조건에서 200 nM의 Cas9-PAMless1/SgRNA 복합체 및 400 ng의 Lambda DNA 기질로 30 μL의 반응부피로 DNA 절단 실험을 수행하였다. In order to confirm whether Cas9-PAMless1 can accurately recognize and cut the target sequence regardless of the PAM sequence in a DNA substrate much larger than a plasmid DNA substrate less than 3 kbp in length, lambda DNA characterized by a long length was used. The cleavage activity was analyzed. Specifically, Lambda DNA, a 48.5 kbp linear DNA, was prepared as a DNA substrate with a much longer length than the 2.7 kbp plasmid DNA substrate used in other examples, and 200 nM of 200 nM was prepared under the same reaction conditions as in Example 3-3. DNA cleavage experiments were performed with Cas9-PAMless1/SgRNA complex and 400 ng of Lambda DNA substrate in a reaction volume of 30 μL.

Lambda DNA에서 다양한 PAM 서열을 가진 표적서열들에 대한 절단 활성을 확인하였다. 선택된 3개 위치의 서로 다른 표적서열들은 TAC, TGG, ATC의 각각 다른 PAM 서열을 가진다. 절단된 DNA 조각의 위치를 확인하기 쉽도록 각 표적서열들은 XbaI, XhoI, NheI 제한효소들의 절단 위치와 중첩되거나 가까운 위치에 존재한다. 비교를 위하여 PAM 인지서열로 5’-NGG-3’를 가지는 WT SpCas9의 절단 반응을 같은 조건에서 수행하였다. Cleavage activity was confirmed for target sequences with various PAM sequences in Lambda DNA. The different target sequences at the three selected positions have different PAM sequences: TAC, TGG, and ATC. To make it easy to confirm the location of the cut DNA fragment, each target sequence overlaps with or is close to the cutting site of the XbaI, XhoI, and NheI restriction enzymes. For comparison, the cleavage reaction of WT SpCas9, which has 5'-NGG-3' as the PAM recognition sequence, was performed under the same conditions.

그 결과, 도 10a에 나타난 바와 같이, Cas9-PAMless1은 예상대로 TAC, TGG, ATC를 PAM 서열로 가지는 3개 위치의 표적서열에 대해서 모두 비슷한 DNA 절단 활성을 나타내었다. 반면에, WT SpCas9는 TGG를 PAM 서열로 가지는 위치에서만 DNA 절단 활성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 10b에 따르면, Cas9-PAMless1과 두 가지 이상의 SgRNA를 사용하는 경우, Cas9-PAMless1/SgRNA 복합체가 2개 이상 위치의 표적서열들을 절단할 수 있는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과에 따르면, Cas9-PAMless1/SgRNA 복합체를 사용하는 용도에서 마치 제한효소를 사용한 double digestion을 수행하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있는 것으로 확인되었다.As a result, as shown in Figure 10a, Cas9-PAMless1 showed similar DNA cleavage activity for all three target sequences having TAC, TGG, and ATC as PAM sequences, as expected. On the other hand, it was confirmed that WT SpCas9 showed DNA cleavage activity only at positions with TGG as the PAM sequence. Additionally, according to Figure 10b, when using Cas9-PAMless1 and two or more types of SgRNA, it was shown that the Cas9-PAMless1/SgRNA complex was able to cleave target sequences at two or more positions. According to these results, it was confirmed that the same effect as performing double digestion using restriction enzymes can be obtained when using the Cas9-PAMless1/SgRNA complex.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (20)

PAM (protospacer adjacent motif) 서열 비의존성 활성을 가지며;
서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 N 말단으로부터 1226 내지 1323 아미노산 위치의 아미노산이 결실되는 것을 특징으로 하는, 돌연변이 Cas9 단백질.
It has PAM (protospacer adjacent motif) sequence-independent activity;
A mutant Cas9 protein, characterized in that the amino acid at positions 1226 to 1323 amino acids from the N terminus in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 is deleted.
제1항에 있어서,
상기 돌연변이 Cas9 단백질은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 D1135, E1219, D1332, T1337, 및 S1338로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산이 다른 아미노산으로 치환되는 것을 특징으로 하는, 돌연변이 Cas9 단백질.
According to paragraph 1,
The mutant Cas9 protein is characterized in that one or more amino acids selected from the group consisting of D1135, E1219, D1332, T1337, and S1338 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 are substituted with another amino acid.
제2항에 있어서,
상기 돌연변이 Cas9 단백질은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 S1109, R1333, 및 R1335로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산이 다른 아미노산으로 더 치환되는 것을 특징으로 하는, 돌연변이 Cas9 단백질.
According to paragraph 2,
The mutant Cas9 protein is characterized in that one or more amino acids selected from the group consisting of S1109, R1333, and R1335 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 are further substituted with another amino acid.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 다른 아미노산은 리신 (K), 아르기닌 (R), 알라닌 (A), 및 아스파라긴 (N)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 아미노산인 것을 특징으로 하는, 돌연변이 Cas9 단백질.
According to paragraph 2 or 3,
A mutant Cas9 protein, wherein the other amino acid is an amino acid selected from the group consisting of lysine (K), arginine (R), alanine (A), and asparagine (N).
제1항에 있어서,
상기 돌연변이는 NHP6A 단백질 유래의 DNA 결합 도메인 (DNA binding domain)의 삽입을 포함하는 것을 특징으로 하는, 돌연변이 Cas9 단백질.
According to paragraph 1,
The mutation is a mutant Cas9 protein, characterized in that it includes the insertion of a DNA binding domain derived from the NHP6A protein.
제5항에 있어서,
상기 DNA 결합 도메인은 서열번호 9로 표시되는 아미노산 서열에서 D17 내지 A93의 아미노산을 포함하는 것을 특징으로 하는, 돌연변이 Cas9 단백질.
According to clause 5,
The DNA binding domain is a mutant Cas9 protein, characterized in that it contains amino acids D17 to A93 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 9.
제1항에 있어서,
상기 돌연변이 Cas9 단백질은 MBP(Maltose binding protein) 또는 His-tag를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 돌연변이 Cas9 단백질.
According to paragraph 1,
The mutant Cas9 protein is characterized in that the mutant Cas9 protein further includes MBP (maltose binding protein) or a His-tag.
제1항에 있어서,
상기 돌연변이 Cas9 단백질은 서열번호 4 내지 8로 이루어지는 군에서 선택된 하나의 아미노산 서열로 표시되는 것을 특징으로 하는, 돌연변이 Cas9 단백질.
According to paragraph 1,
The mutant Cas9 protein is characterized in that it is represented by an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 4 to 8.
제1항에 있어서,
상기 PAM 서열은 5′-AGG-3′, 5′-TGG-3′, 5′-CGG-3′, 5′-GGG-3′, 5′-AAG-3′, 5′-TAG-3′, 5′-CAG-3′, 5′-GAG-3′, 5′-TGA-3′, 5′-AAC-3′, 5′-CAC-3′, 5′-GTA-3′, 5′-TAT-3′, 및 5′-TAA-3′으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나의 서열인 것을 특징으로 하는, 돌연변이 Cas9 단백질.
According to paragraph 1,
The PAM sequences are 5′-AGG-3′, 5′-TGG-3′, 5′-CGG-3′, 5′-GGG-3′, 5′-AAG-3′, 5′-TAG-3 ′, 5′-CAG-3′, 5′-GAG-3′, 5′-TGA-3′, 5′-AAC-3′, 5′-CAC-3′, 5′-GTA-3′, A mutant Cas9 protein, characterized in that it is any one sequence selected from the group consisting of 5′-TAT-3′ and 5′-TAA-3′.
제1항의 돌연변이 Cas9 단백질을 암호화하는 핵산을 포함하는, 재조합 벡터.
A recombinant vector comprising a nucleic acid encoding the mutant Cas9 protein of claim 1.
제10항에 있어서,
상기 재조합 벡터가 발현하는 단백질은 5′-AGG-3′, 5′-TGG-3′, 5′-CGG-3′, 5′-GGG-3′, 5′-AAG-3′, 5′-TAG-3′, 5′-CAG-3′, 5′-GAG-3′, 5′-TGA-3′, 5′-AAC-3′, 5′-CAC-3′, 5′-GTA-3′, 5′-TAT-3′, 및 5′-TAA-3′으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나의 PAM 서열을 인식하는 것을 특징으로 하는, 재조합 벡터.
According to clause 10,
The proteins expressed by the recombinant vector are 5′-AGG-3′, 5′-TGG-3′, 5′-CGG-3′, 5′-GGG-3′, 5′-AAG-3′, 5′ -TAG-3′, 5′-CAG-3′, 5′-GAG-3′, 5′-TGA-3′, 5′-AAC-3′, 5′-CAC-3′, 5′-GTA A recombinant vector characterized in that it recognizes any one PAM sequence selected from the group consisting of -3′, 5′-TAT-3′, and 5′-TAA-3′.
제10항에 있어서,
상기 재조합 벡터는 MBP (Maltose binding protein)를 암호화하는 핵산, 또는 His-tag를 암호화하는 핵산을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 재조합 벡터.
According to clause 10,
The recombinant vector further comprises a nucleic acid encoding MBP (maltose binding protein), or a nucleic acid encoding a His-tag.
제12항에 있어서,
상기 재조합 벡터는 His-tag를 암호화하는 핵산; MBP를 암호화하는 핵산; 및 제1항의 돌연변이 Cas9 단백질을 암호화하는 핵산이 순차적으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 재조합 벡터.
According to clause 12,
The recombinant vector includes a nucleic acid encoding a His-tag; Nucleic acid encoding MBP; And a recombinant vector, characterized in that the nucleic acid encoding the mutant Cas9 protein of claim 1 is sequentially arranged.
제10항에 있어서,
상기 재조합 벡터는 서열번호 4 내지 8로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산 서열로 표시되는 단백질을 암호화하는 핵산을 포함하는 것을 특징으로 하는, 재조합 벡터.
According to clause 10,
The recombinant vector is characterized in that it contains a nucleic acid encoding a protein represented by one or more amino acid sequences selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 4 to 8.
제1항의 돌연변이 Cas9 단백질, 및 gRNA를 포함하는, 단백질 복합체.
A protein complex comprising the mutant Cas9 protein of claim 1 and gRNA.
제15항에 있어서,
상기 gRNA는 서열번호 10 내지 13으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 염기서열로 표시되는 표적서열에 상보적으로 결합하는 도메인을 포함하는 것을 특징으로 하는, 단백질 복합체.
According to clause 15,
The gRNA is a protein complex characterized in that it comprises a domain that binds complementary to a target sequence represented by one or more base sequences selected from the group consisting of SEQ ID NOs: 10 to 13.
제1항의 돌연변이 Cas9 단백질을 유효성분으로 포함하는, 유전자 교정용 조성물.
A composition for gene editing comprising the mutant Cas9 protein of claim 1 as an active ingredient.
서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 N 말단으로부터 1226 내지 1323 아미노산 위치의 아미노산을 결실시키는 단계를 포함하는, 돌연변이 Cas9 단백질의 제조방법.
A method for producing a mutant Cas9 protein, comprising the step of deleting amino acids at positions 1226 to 1323 from the N terminus in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.
제18항에 있어서,
상기 제조방법은 서열번호 2로 표시되는 아미노산 서열에서 D1135, E1219, D1332, T1337, 및 S1338로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 아미노산을 다른 아미노산으로 치환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 돌연변이 Cas9 단백질의 제조방법.
According to clause 18,
The production method further comprises the step of substituting one or more amino acids selected from the group consisting of D1135, E1219, D1332, T1337, and S1338 in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 with another amino acid. Mutant Cas9 protein. Manufacturing method.
제18항에 있어서,
상기 제조방법은 NHP6A 단백질 유래의 DNA 결합 도메인 (DNA binding domain)을 삽입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 돌연변이 Cas9 단백질의 제조방법.
According to clause 18,
The method of producing a mutant Cas9 protein further comprises the step of inserting a DNA binding domain derived from the NHP6A protein.
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