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鉴定宏基因组中的 EH CRISPR-Cas9 系统及其在基因组工程中的应用。

Identification of the EH CRISPR-Cas9 system on a metagenome and its application to genome engineering.

机构信息

Department of Physiology, Genetics and Microbiology, University of Alicante, Alicante, Spain.

Department of Molecular and Cellular Biology, National Centre for Biotechnology (CNB-CSIC), Madrid, Spain.

出版信息

Microb Biotechnol. 2023 Jul;16(7):1505-1523. doi: 10.1111/1751-7915.14266. Epub 2023 Apr 25.

DOI:10.1111/1751-7915.14266
PMID:37097160
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10281378/
Abstract

Non-coding RNAs (crRNAs) produced from clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) loci and CRISPR-associated (Cas) proteins of the prokaryotic CRISPR-Cas systems form complexes that interfere with the spread of transmissible genetic elements through Cas-catalysed cleavage of foreign genetic material matching the guide crRNA sequences. The easily programmable targeting of nucleic acids enabled by these ribonucleoproteins has facilitated the implementation of CRISPR-based molecular biology tools for in vivo and in vitro modification of DNA and RNA targets. Despite the diversity of DNA-targeting Cas nucleases so far identified, native and engineered derivatives of the Streptococcus pyogenes SpCas9 are the most widely used for genome engineering, at least in part due to their catalytic robustness and the requirement of an exceptionally short motif (5'-NGG-3' PAM) flanking the target sequence. However, the large size of the SpCas9 variants impairs the delivery of the tool to eukaryotic cells and smaller alternatives are desirable. Here, we identify in a metagenome a new CRISPR-Cas9 system associated with a smaller Cas9 protein (EHCas9) that targets DNA sequences flanked by 5'-NGG-3' PAMs. We develop a simplified EHCas9 tool that specifically cleaves DNA targets and is functional for genome editing applications in prokaryotes and eukaryotic cells.

摘要

非编码 RNA(crRNA)由原核 CRISPR-Cas 系统的成簇规律间隔短回文重复(CRISPR)位点和 CRISPR 相关(Cas)蛋白产生,形成复合物,通过 Cas 催化切割与引导 crRNA 序列匹配的外来遗传物质,干扰可传播遗传元件的传播。这些核糖核蛋白实现的核酸可编程靶向,促进了基于 CRISPR 的分子生物学工具的实施,用于体内和体外修饰 DNA 和 RNA 靶标。尽管迄今为止已经鉴定出多种靶向 DNA 的 Cas 核酸酶,但源自化脓性链球菌(Streptococcus pyogenes)的 SpCas9 的天然和工程衍生变体是最常用于基因组工程的 Cas9,至少部分原因是其催化稳健性和对靶序列侧翼的极其短的基序(5'-NGG-3' PAM)的要求。然而,SpCas9 变体的较大尺寸会影响该工具向真核细胞的递送,因此需要更小的替代物。在这里,我们在宏基因组中鉴定出一种新的 CRISPR-Cas9 系统,该系统与靶向 5'-NGG-3' PAMs 侧翼 DNA 序列的较小 Cas9 蛋白(EHCas9)相关。我们开发了一种简化的 EHCas9 工具,该工具可特异性切割 DNA 靶标,并且可用于原核生物和真核细胞中的基因组编辑应用。

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