CRISPRとゲノム編集

プログラム可能なヌクレアーゼ、特にRNAガイド型CRISPR-Casシステムが、DNAに標的を絞った切断を行い、研究者が前例のない容易さでゲノムを編集する方法。

Definition

ゲノム編集とは、プログラム可能なヌクレアーゼを用いて、生物のDNAの選択された部位を標的として改変することです。CRISPR-Casは、細菌の免疫に由来するRNAガイド型システムであり、ガイドRNAがCasヌクレアーゼを一致するDNA配列に誘導し、編集のための二本鎖切断を作成します。

Scope

このトピックは、CRISPR-Casを中心とした標的ゲノム編集を扱います。CRISPRの細菌における適応免疫システムとしての起源、Cas9によるRNAガイド型DNA切断の原理、結果として生じる切断が配列の削除または挿入のためにどのように修復されるか、および以前のプログラム可能なヌクレアーゼとの簡単な比較について説明します。本トピックではその方法と論理を扱い、より広範なクローニング、増幅、シーケンシングの方法については関連トピックで扱います。

Core questions

• CRISPRはどこから来て、その自然な機能は何ですか？
• ガイドRNAはどのようにCas9を特定のDNA配列に誘導しますか？
• 二本鎖切断はどのように配列の削除または挿入に利用されますか？
• CRISPRは以前のゲノム編集ツールと比較してどうですか？

Key theories

RNAガイド型DNA切断

Jinekらは、Cas9ヌクレアーゼが単一のガイドRNAによってプログラムされ、一致する任意のDNA配列を切断できることを示し、細菌の免疫システムを多用途で容易に標的化できる編集ツールに変えました。

修復指向型編集

標的部位で作成された二本鎖切断は、細胞自身の経路によって修復されます。これにより、エラーを起こしやすい末端結合が遺伝子を破壊するか、相同組換え修復がテンプレートによって提供される定義された変化を導入します。

Mechanisms

CRISPR-Cas編集では、ガイドRNAが短い認識モチーフに隣接する標的DNA配列と塩基対を形成し、Casヌクレアーゼをその部位で両方の鎖を切断するように誘導します。その後、細胞はその切断を修復します。非相同末端結合は、しばしば遺伝子をノックアウトする小さな挿入または欠失を導入し、一方、相同組換え修復は、ドナーテンプレートが与えられた場合、正確な配列変化を導入します。特異性はガイドRNA配列によって単純に設定されるため、このシステムは以前のタンパク質プログラム型ヌクレアーゼよりもはるかに容易に標的を変更できます。

Clinical relevance

ゲノム編集は遺伝子治療や細胞治療のために開発されており、標準的な研究ツールですが、ヒトへの使用は重大な倫理的考慮事項を提起します。これは臨床的ガイダンスとしてではなく、その重要性として提示されています。

History

CRISPR遺伝子座が細菌の適応免疫システムを形成するという発見に基づき、DoudnaとCharpentierによる2012年のCas9が単一のガイドRNAでプログラム可能であるという実証は、CRISPRゲノム編集を確立し、2020年のノーベル化学賞によって認められました。

Debates

ヒト生殖細胞系列編集

遺伝する細胞の編集は、同意、オフターゲット効果、公平性に関する倫理的および安全性の懸念を引き起こします。科学界は、非遺伝性細胞への応用が進む一方で、慎重な姿勢を求めています。

Key figures

• Jennifer Doudna
• Emmanuelle Charpentier

Seminal works

• jinek2012
• watson2013

Frequently asked questions

CRISPRにおいてガイドRNAは何をしますか？

ガイドRNAは一致するDNA配列と塩基対を形成し、Casヌクレアーゼをその部位で切断するように誘導するため、ガイドを変更すると標的も変更されます。

DNAを切断することがどのように編集につながるのですか？

細胞が切断を修復します。経路と提供されるテンプレートに応じて、これは遺伝子を破壊するか、正確な意図された変化を導入します。