KR102551876B1 - Composition for Genome Editing or Inhibiting Gene Expression comprising Cpf1 and Chimeric DNA-RNA Guide - Google Patents
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Abstract
본 발명은 Cpf1 및 키메릭 DNA-RNA 가이드를 포함하는 유전체 교정 또는 발현 억제용 조성물에 관한 것으로, 기존의 RNA 가이드 대비 인델 효율은 유사하면서도, RNA 가이드 대비 표적 특이성이 우수하므로, 안정성 및 높은 치료 효과를 요구하는 유전자 치료 등에 효과적으로 적용될 수 있다.The present invention relates to a composition for genome editing or expression inhibition comprising Cpf1 and a chimeric DNA-RNA guide, which has a similar indel efficiency to that of a conventional RNA guide, but superior target specificity to an RNA guide, thus providing stability and high therapeutic effect. It can be effectively applied to gene therapy that requires
Description
본 발명은 Cpf1 및 키메릭 DNA-RNA 가이드를 포함하는 유전체 교정 또는 발현 억제용 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for genome editing or expression inhibition comprising Cpf1 and a chimeric DNA-RNA guide.
CRISPR-Cas12a(이하, Cpf1)는 class II, type V에 속하는 CRISPR 시스템으로, Cas9 유전자 가위와 마찬가지로 뉴클레아제 도메인과 인식(recognition) 도메인의 bi-lobed 형식의 구조로 이루어져 있으며, 단일 가닥의 crRNA를 이용하여 표적 DNA 이중 나선에 DNA-RNA 하이브리드 듀플렉스(hybrid duplex)를 이루어 바인딩 하는 것으로 알려져 있다. 이러한 Cpf1은 Cas9의 발견 이후 PAM의 제한적인 부분을 보완할 우수한 유전자 가위로 주목 받아 왔다. 또한, Cpf1 유전자 가위는 세포 내 유전자 좌의 구아닌(guanine, G)이 많은 영역 이외에 티미딘(thymine, T)이 많은 부분을 PAM(TTTN 또는 TTN)으로 인식하여 특이적으로 DNA 이중나선 절단을 유도할 수 있기 때문에, 표적 특이적 유전자 가위로서도 널리 사용되고 있다. 가장 최근에는 Cpf1 단백질을 엔지니어링 하여 PAM을 확장함으로써 표적화할 수 있는 유전자의 범위를 넓히거나, 가이드 RNA의 변형을 통하여 DNA 이중나선 절단 효율성을 높임으로써 유전자 치료제로서의 가능성을 제고해 가는 추세이다.CRISPR-Cas12a (hereinafter referred to as Cpf1) is a CRISPR system belonging to class II, type V. Like the Cas9 gene scissors, it consists of a bi-lobed structure of a nuclease domain and a recognition domain, and is a single-stranded crRNA. It is known to bind to a target DNA double helix using a DNA-RNA hybrid duplex. Since the discovery of Cas9, Cpf1 has been attracting attention as an excellent genetic scissors to complement the restrictive parts of PAM. In addition, Cpf1 gene scissors specifically induce DNA double helix cleavage by recognizing the thymidine (T)-rich portion as PAM (TTTN or TTN) in addition to the guanine (G)-rich region of the intracellular locus. Because of this, it is also widely used as target-specific genetic scissors. Most recently, there is a trend to improve the possibility as a gene therapy by engineering the Cpf1 protein to expand the range of genes that can be targeted by expanding the PAM, or by increasing the efficiency of DNA double helix cleavage through modification of the guide RNA.
현재까지 Cpf1은 구조적으로 24개 염기의 프로토스페이서(protospacer)를 인식하며, 이중 내부의 seed region이 대략 PAM 염기서열로부터 5 내지 10개 정도인 것으로 알려져 있다. 표적 DNA를 인식하는 과정에서 CRISPR-Cas9보다 미스매치(mismatch)에 민감하여 프로토스페이서 영역의 seed 부분에 미스매치 도입시, 그 활성이 현저히 저하되는 효과를 보임으로써 표적 특이성이 우수한 유전자 가위로 알려져 왔다. 다만, seed 부분 이외에 생기는 미스매치에 대한 절단 가능성이 여전히 존재하기 때문에, 추후 활성이 더 증가된 Cpf1의 타겟 염기서열을 포함한 DNA 절단 과정에서, 이와 같은 오프-타겟(off-target) 절단(cleavage) 비검측 이슈가 더욱 부각될 수 있다. To date, it is known that Cpf1 structurally recognizes a protospacer of 24 bases, and the internal seed region is approximately 5 to 10 bases from the PAM sequence. In the process of recognizing target DNA, it is more sensitive to mismatches than CRISPR-Cas9, and when a mismatch is introduced into the seed part of the protospacer region, its activity is significantly lowered, and it has been known as a genetic scissors with excellent target specificity. . However, since the possibility of cleavage for mismatches other than the seed part still exists, in the DNA cleavage process including the target sequence of Cpf1 with increased activity later, such off-target cleavage Non-detection issues may be further highlighted.
이에, 본 발명자들은 표적 특이성이 우수하면서도 인델 효율이 개선된 CRISPR-Cpf1 유전자 가위를 개발하기 위한 연구를 수행하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors completed the present invention by conducting research to develop CRISPR-Cpf1 gene scissors with excellent target specificity and improved indel efficiency.
본 발명의 하나의 목적은 Cpf1 단백질 또는 이를 암호화하는 DNA; 및 표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하는 유전체 교정용 조성물을 제공하는 것이다.One object of the present invention is a Cpf1 protein or DNA encoding the same; and a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same.
본 발명의 다른 목적은 상기 유전체 교정용 조성물을 분리된 세포 또는 유기체에 도입하는 단계를 포함하는 형질 전환체의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a transformant comprising the step of introducing the composition for genome editing into a separated cell or organism.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 유전체 교정용 조성물을 표적 서열을 갖고 유전자 산물을 암호화하는 DNA 분자를 함유하고 발현하는 세포에 도입하는 단계를 포함하여, 유전자 산물의 발현을 변경시키는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for altering the expression of a gene product, including introducing the composition for genome editing into a cell containing and expressing a DNA molecule having a target sequence and encoding the gene product. .
본 발명의 또 다른 목적은 비활성 Cpf1(dCpf1) 단백질 또는 이를 암호화하는 DNA; 및 표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭 DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하는 유전자 발현 억제용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is an inactive Cpf1 (dCpf1) protein or DNA encoding it; and a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 유전체 교정용 조성물을 표적 서열을 갖고 유전자 산물을 암호화하는 DNA 분자를 함유하고 발현하는 세포에 도입하는 단계를 포함하여 유전자 산물의 발현을 변경시킴(여기서, DNA 분자는 돌연변이 서열을 포함한다)으로써, 대상체에서 돌연변이 또는 단일-뉴클레오티드 다형태(SNP)와 관련된 질환을 예방, 개선 또는 치료하는 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to change the expression of a gene product, including the step of introducing the composition for genome editing into a cell containing and expressing a DNA molecule having a target sequence and encoding a gene product (wherein the DNA molecule is It is to provide a method for preventing, improving or treating a disease associated with a mutation or single-nucleotide polymorphism (SNP) in a subject by including a mutant sequence).
본 발명의 또 다른 목적은 Cpf1 단백질 또는 이를 암호화하는 DNA; 및 표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하는 약학적 조성물을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is a Cpf1 protein or DNA encoding the same; And to provide a pharmaceutical composition comprising a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same.
본 발명의 또 다른 목적은 Cpf1 단백질 또는 이를 암호화하는 DNA; 및 표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하는 약학적 조성물을 이용한 의약 용도를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is a Cpf1 protein or DNA encoding the same; And to provide a pharmaceutical use using a pharmaceutical composition comprising a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same.
본 발명의 또 다른 목적은 Cpf1 단백질 또는 이를 암호화하는 DNA; 및 표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하는 유전자 진단용 조성물을 이용한 진단 용도를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is a Cpf1 protein or DNA encoding the same; and a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a composition for genetic diagnosis comprising a DNA encoding the same.
본 발명의 일 양상은 Cpf1 단백질 또는 이를 암호화하는 DNA; 및 표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하는 유전체 교정용 조성물을 제공한다.One aspect of the present invention is a Cpf1 protein or DNA encoding the same; and a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same.
“Cpf1”은 type V CRISPR 시스템 단백질로서 단일 단백질이 crRNA과 결합하여 표적 유전자를 절단한다는 점은 type II CRISPR 시스템 단백질인 Cas9과 유사하지만 그 작동 방식에는 차이가 크다. 특히 Cpf1 단백질은 하나의 crRNA로 작동하기 때문에 Cas9의 경우와 같이 crRNA와 trans-activating crRNA (tracrRNA)를 동시에 사용하거나 인위적으로 tracrRNA와 crRNA를 합친 single guide RNA (sgRNA)를 제작할 필요가 없다. 또한 Cpf1 시스템은 Cas9과 다르게 PAM이 표적 서열의 5' 위치에 존재하고, 표적을 결정하는 guide RNA 의 길이도 Cas9 에 비해 짧다. 이러한 특징을 활용하면, Cpf1은 Cas9이 사용될 수 없는 표적 염기서열에도 유전체 교정이 가능하고, 가이드 RNA인 crRNA를 제작하는 Cas9와 비교하여 것도 상대적으로 쉽다는 이점을 갖는다. 또한, Cpf1은 표적 DNA가 절단된 위치에 blunt-end가 아닌 5' overhang (sticky end)이 발생시키므로, 보다 정확하고 다양한 유전자 교정이 가능하다는 이점을 갖는다. 본 명세서에서는 Cpf1 시스템을 이용한 보다 편리하면서 정확하고 효과적으로 표적 유전체를 교정하는 기술이 제공된다. “Cpf1” is a type V CRISPR system protein. It is similar to Cas9, a type II CRISPR system protein, in that a single protein binds to crRNA to cleave a target gene, but there is a big difference in how it works. In particular, since the Cpf1 protein operates as a single crRNA, there is no need to use both crRNA and trans-activating crRNA (tracrRNA) at the same time as in the case of Cas9, or to artificially create a single guide RNA (sgRNA) combining tracrRNA and crRNA. In addition, in the Cpf1 system, unlike Cas9, the PAM is present at the 5' position of the target sequence, and the length of the guide RNA determining the target is shorter than that of Cas9. Utilizing these features, Cpf1 has the advantage that genome editing is possible even for target sequences in which Cas9 cannot be used, and that it is relatively easy compared to Cas9 for preparing crRNA, a guide RNA. In addition, since Cpf1 generates a 5' overhang (sticky end) rather than a blunt-end at the site where the target DNA was cut, more accurate and diverse gene editing is possible. In the present specification, a technology for correcting a target genome more conveniently, accurately and effectively using the Cpf1 system is provided.
예컨대, 상기 Cpf1 단백질은 캔디다투스 (Candidatus) 속, 라치노스피라 (Lachnospira) 속, 뷰티리비브리오 (Butyrivibrio) 속, 페레그리니박테리아 (Peregrinibacteria), 액시도미노코쿠스 (Acidominococcus) 속, 포르파이로모나스 (Porphyromonas) 속, 프레보텔라 (Prevotella) 속, 프란시셀라 (Francisella) 속, 캔디다투스 메타노플라스마 (Candidatus Methanoplasma), 또는 유박테리움 (Eubacterium) 속 유래의 것일 수 있고, 예컨대, Parcubacteria bacterium (GWC2011_GWC2_44_17), Lachnospiraceae bacterium (MC2017), Butyrivibrio proteoclasiicus, Peregrinibacteria bacterium (GW2011_GWA_33_10), Acidaminococcus sp. (BV3L6), Porphyromonas macacae, Lachnospiraceae bacterium (ND2006), Porphyromonas crevioricanis, Prevotella disiens, Moraxella bovoculi (237), Smiihella sp. (SC_KO8D17), Leptospira inadai, Lachnospiraceae bacterium (MA2020), Francisella novicida (U112), Candidatus Methanoplasma termitum, Candidatus Paceibacter, Eubacterium eligens 등의 미생물 유래의 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다 . 일 예에서, 상기 Cpf1 단백질은 Parcubacteria bacterium (GWC2011_GWC2_44_17), Peregrinibacteria bacterium (GW2011_GWA_33_10), Acidaminococcus sp. (BV3L6), Porphyromonas macacae, Lachnospiraceae bacterium (ND2006), Porphyromonas crevioricanis, Prevotella disiens, Moraxella bovoculi (237), Leptospira inadai, Lachnospiraceae bacterium (MA2020), Francisella novicida (U112), Candidatus Methanoplasma termitum, 또는 Eubacterium eligens 유래의 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the Cpf1 protein is Candidatus genus, Lachnospira genus, Butyrivibrio genus, Peregrinibacteria genus, Acidominococcus genus, Porphyromonas ( Porphyromonas genus, Prevotella genus, Francisella genus, Candidatus Methanoplasma genus, or Eubacterium genus, for example, Parcubacteria bacterium (GWC2011_GWC2_44_17 ), Lachnospiraceae bacterium (MC2017), Butyrivibrio proteoclasiicus, Peregrinibacteria bacterium (GW2011_GWA_33_10), Acidaminococcus sp. (BV3L6), Porphyromonas macacae, Lachnospiraceae bacterium (ND2006), Porphyromonas crevioricanis, Prevotella disiens, Moraxella bovoculi (237), Smiihella sp. (SC_KO8D17), Leptospira inadai, Lachnospiraceae bacterium (MA2020), Francisella novicida (U112), Candidatus Methanoplasma termitum, Candidatus Paceibacter, and Eubacterium eligens . In one example, the Cpf1 protein is Parcubacteria bacterium (GWC2011_GWC2_44_17), Peregrinibacteria bacterium (GW2011_GWA_33_10), Acidaminococcus sp. (BV3L6), Porphyromonas macacae, Lachnospiraceae bacterium (ND2006), Porphyromonas crevioricanis, Prevotella disiens, Moraxella bovoculi (237) , Leptospira inadai, Lachnospiraceae bacterium (MA2020), Francisella novicida (U112), Candidatus Methanoplasma termitum, or Eubacterium eligen be from s It may be, but is not limited thereto.
상기와 같은 Cpf1 단백질의 예를 유래 미생물 별로 아래의 표 1에 정리하였다:Examples of the Cpf1 protein as described above are summarized in Table 1 below for each originating microorganism:
GW2011_GWA_33_10GW2011_GWA_33_10
상기 Cpf1 단백질은 미생물에서 분리된 것 또는 재조합적 방법 또는 합성적 방법으로 비자연적 생산된 것(non-naturally occurring)일 수 있다. 상기 Cpf1 단백질은 진핵세포의 핵 내 전달을 위하여 통상적으로 사용되는 요소 (예컨대, 핵위치신호 (nuclear localization signal; NLS) 등)를 추가로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 Cpf1 단백질은 정제된 단백질 형태로 사용되거나, 이를 암호화하는 핵산(DNA/ RNA), 또는 상기 DNA를 포함하는 재조합 벡터의 형태로 사용될 수 있다.The Cpf1 protein may be isolated from a microorganism or non-naturally occurring by a recombinant or synthetic method. The Cpf1 protein may additionally include elements commonly used for delivery into the nucleus of eukaryotic cells (eg, a nuclear localization signal (NLS), etc.), but is not limited thereto. The Cpf1 protein may be used in the form of a purified protein, a nucleic acid encoding it (DNA/RNA), or a recombinant vector containing the DNA.
구체적으로, Cpf1 단백질은 진핵 세포의 핵 내 전달을 위하여 통상적으로 사용되는 요소(예를 들어, 핵위치신호(nuclear localization signal; NLS; 예를 들어, PKKKRKV, KRPAATKKAGQAKKKK, 또는 이를 암호화하는 핵산 분자) 등)를 N-말단 또는 C-말단(또는 이를 암호화하는 핵산 분자의 5' 말단 또는 3' 말단)에 추가로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 Cpf1 단백질은 정제된 단백질 형태로 사용되거나, 이를 암호화하는 핵산(DNA/ RNA), 또는 상기 DNA를 포함하는 재조합 벡터의 형태로 사용될 수 있다.Specifically, the Cpf1 protein is an element commonly used for delivery into the nucleus of eukaryotic cells (eg, a nuclear localization signal (NLS; eg, PKKKRKV, KRPAATKKAGQAKKKK, or a nucleic acid molecule encoding the same)), etc. ) to the N-terminus or C-terminus (or the 5' end or 3' end of the nucleic acid molecule encoding the same), but is not limited thereto. The Cpf1 protein of the present invention can be used in the form of a purified protein, a nucleic acid encoding it (DNA/RNA), or a recombinant vector containing the DNA.
Cpf1 단백질은 분리 및/또는 정제에 유리한 태그와 연결될 수 있다. 예를 들어, His 태그, Flag 태그, S 태그 등과 같은 작은 펩타이드 태그, 또는 GST(Glutathione S-transferase) 태그, MBP(Maltose binding protein) 태그 등이 목적에 따라 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The Cpf1 protein can be linked with a tag that is advantageous for isolation and/or purification. For example, a small peptide tag such as a His tag, a Flag tag, an S tag, or a Glutathione S-transferase (GST) tag or a Maltose binding protein (MBP) tag may be used depending on the purpose, but is not limited thereto.
상기 가이드 RNA는 복합체를 형성할 Cpf1 단백질 종류 및/또는 그 유래 미생물에 따라서 적절히 선택될 수 있다.The guide RNA may be appropriately selected depending on the type of Cpf1 protein to form a complex and/or the microorganism derived therefrom.
본 명세서에서, 용어 '유전체 교정 (genome editing)'은, 특별한 언급이 없는 한, 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 의미하기 위하여 사용될 수 있다.As used herein, the term 'genome editing' refers to a nucleic acid molecule (one or more, e.g., 1-100,000bp, 1-10,000bp, 1 -1000, 1-100 bp, 1-70 bp, 1-50 bp, 1-30 bp, 1-20 bp, or 1-10 bp) loss, alteration, and/or recovery (modification) of gene function by deletion, insertion, substitution It can be used to mean to do.
본 발명에서 사용되는 용어, "키메릭 DNA-RNA 가이드"는 표적 DNA에 특이적인 crRNA(crispr RNA)의 RNA 중 일부 RNA가 DNA로 치환된 것으로, 키메릭 DNA-RNA 가이드는 Cpf1 단백질과 복합체를 형성할 수 있고, Cpf1 단백질을 표적 DNA에 가져올 수 있다. 가이드 RNA의 DNA 치환은 가이드와 표적 DNA의 결합 에너지에 변화를 주어 오프-타겟(off-target) DNA 염기서열 절단을 줄일 수 있다. 그 외에도, 값싸게 합성할 수 있음은 물론, 실험실 자체 제작시 필연적으로 생기는 5' 포스페이트(phosphate)의 이슈로부터 벗어날 수 있고, 면역 반응의 유도를 피할 수 있다는 점에서 고등동물 세포 내 유전체 교정을 위한 Cpf1 도입시 보다 안전하게 사용될 수 있다. 또한, 수용액 내 화학적으로 불안정한 RNA 대비, DNA 형태의 가이드는 화학적 개질이 용이하고, 응용적인 접근이 쉽다는 장점이 있다.As used herein, the term "chimeric DNA-RNA guide" refers to a part of the RNA of crRNA (crispr RNA) specific to the target DNA substituted with DNA, and the chimeric DNA-RNA guide complexes with the Cpf1 protein. can form and bring the Cpf1 protein to the target DNA. DNA substitution of the guide RNA can reduce off-target DNA sequence cleavage by changing the binding energy of the guide and target DNA. In addition, it can be synthesized inexpensively, and it can be freed from the issue of 5' phosphate, which inevitably occurs during laboratory self-production, and can avoid induction of immune responses. It can be used more safely when Cpf1 is introduced. In addition, compared to RNA that is chemically unstable in an aqueous solution, DNA-type guides have the advantage of being easy to chemically modify and easy to apply.
이러한 키메릭 DNA-RNA 가이드에 있어서 상기 DNA는 상기 가이드의 3' 말단에서의 치환일 수 있다. 구체적으로, 상기 DNA는 3' 말단에서 약 6 내지 10개의 치환인 것이 바람직하다. In such a chimeric DNA-RNA guide, the DNA may be substituted at the 3' end of the guide. Specifically, the DNA preferably has about 6 to 10 substitutions at the 3' end.
예를 들어, 상기 확인되는 서열에서의 3' 말단으로부터 약 6 내지 10개의 RNA가 바람직하게 DNA로 치환된 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 약 6, 7, 8, 9, 또는 10 개의 RNA가 DNA로 치환된 것일 수 있다. crRNA의 3' 말단부터 6 내지 10개의 RNA가 DNA로 치환된 키메릭 DNA-RNA 가이드는 높은 특이성 및 절단 활성을 나타내므로, crRNA의 치환은 crRNA의 3' 말단에서 이루어지는 것이 바람직하다.For example, about 6 to 10 RNAs from the 3' end in the sequence identified above may be preferably substituted with DNA. More specifically, about 6, 7, 8, 9, or 10 RNAs may be substituted with DNA. Since a chimeric DNA-RNA guide in which 6 to 10 RNAs from the 3' end of the crRNA are substituted with DNA exhibits high specificity and cleavage activity, the substitution of the crRNA is preferably performed at the 3' end of the crRNA.
crRNA의 3' 말단부터 6 내지 10개의 RNA가 DNA로 치환된 키메릭 DNA-RNA 가이드는 높은 특이성 및 절단 활성을 나타내므로, crRNA의 치환은 crRNA의 3' 말단에서 이루어지는 것이 바람직하다.Since a chimeric DNA-RNA guide in which 6 to 10 RNAs from the 3' end of the crRNA are substituted with DNA exhibits high specificity and cleavage activity, the substitution of the crRNA is preferably performed at the 3' end of the crRNA.
본 발명에서 사용되는 용어, "혼성화"는 하나 이상의 폴리뉴클레오티드가 반응하여, 복합체를 형성하고, 이 복합체는 뉴클레오티드 잔기의 염기 사이의 수소 결합을 통해 안정화되는 반응을 지칭한다.As used herein, the term "hybridization" refers to a reaction in which one or more polynucleotides react to form a complex, and the complex is stabilized through hydrogen bonds between bases of nucleotide residues.
본 명세서에서, 유전자 표적 부위와 혼성화 가능한 뉴클레오타이드 서열은 유전자 표적 부위의 뉴클레오타이드 서열 (표적 서열)과 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상, 95% 이상, 99% 이상, 또는 100%의 서열 상보성을 갖는 뉴클레오타이드 서열을 의미한다 (이하, 특별한 언급이 없는 한 동일한 의미로 사용되며, 상기 서열 상동성은 통상적인 서열 비교 수단 (예컨대 BLAST)를 사용하여 확인될 수 있다).In the present specification, a nucleotide sequence capable of hybridizing with a gene target site is 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, 90% or more, 95% or more, 99% or more of the nucleotide sequence (target sequence) of the gene target site. Refers to a nucleotide sequence having a sequence complementarity of at least, or 100% (hereinafter, unless otherwise specified, the same meaning is used, and the sequence homology can be confirmed using a conventional sequence comparison tool (such as BLAST)) .
본 발명의 유전자 교정용 조성물은 Cpf1을 암호화하는 뉴클레오티드를 포함하는 재조합 벡터 및 키메릭 DNA-RNA 가이드를 암호화하는 뉴클레오티드를 포함하는 재조합 벡터, 또는 Cpf1을 암호화하는 뉴클레오티드 및 키메릭 DNA-RNA 가이드를 암호화하는 뉴클레오티드를 포함하는 재조합 벡터의 형태로 세포 또는 유기체에 도입되거나, Cpf1 단백질 및 키메릭 DNA-RNA를 포함하는 혼합물 또는 이들이 복합체를 이루는 리보핵산단백질 형태로 세포 또는 유기체에 도입될 수 있다.The gene editing composition of the present invention is a recombinant vector containing a nucleotide encoding Cpf1 and a recombinant vector containing a nucleotide encoding a chimeric DNA-RNA guide, or a nucleotide encoding Cpf1 and a chimeric DNA-RNA guide encoding It can be introduced into cells or organisms in the form of a recombinant vector containing nucleotides that contain Cpf1 protein and chimeric DNA-RNA, or in the form of ribonucleic acid proteins forming a complex thereof.
본 발명의 키메릭 DNA-RNA 가이드는 표적 DNA와 혼성화될 수 있다.The chimeric DNA-RNA guide of the present invention can hybridize with a target DNA.
본 발명의 유전자 교정용 조성물은 진핵 유기체에 적용될 수 있다. 상기 진핵 유기체는 진핵 세포(예를 들어, 효모 등의 균류, 진핵 동물 및/또는 진핵 식물 유래 세포(예를 들어, 배아세포, 줄기세포, 체세포, 생식세포 등) 등), 진핵 동물(예를 들어, 척추동물 또는 무척추동물, 보다 구체적으로, 인간, 원숭이 등의 영장류, 개, 돼지, 소, 양, 염소, 마우스, 래트 등을 포함하는 포유류 등), 및 진핵 식물(예를 들어, 녹조류 등의 조류, 옥수수, 콩, 밀, 벼 등의 단자엽 또는 쌍자엽 식물 등)로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The gene editing composition of the present invention can be applied to eukaryotic organisms. The eukaryotic organism is a eukaryotic cell (eg, a fungus such as yeast, a eukaryotic animal and/or a eukaryotic plant-derived cell (eg, an embryonic cell, a stem cell, a somatic cell, a germ cell, etc.)), a eukaryotic animal (eg, For example, vertebrates or invertebrates, more specifically, humans, primates such as monkeys, mammals including dogs, pigs, cows, sheep, goats, mice, rats, etc.), and eukaryotic plants (eg, green algae, etc.) It may be selected from the group consisting of algae, monocotyledonous or dicotyledonous plants such as corn, soybean, wheat, rice, etc.), but is not limited thereto.
본 발명의 유전자 교정용 조성물은 Cpf1을 암호화하는 뉴클레오티드를 포함하는 재조합 벡터 및 키메릭 DNA-RNA 가이드를 암호화하는 뉴클레오티드를 포함하는 재조합 벡터, 또는 Cpf1을 암호화하는 뉴클레오티드 및 키메릭 DNA-RNA 가이드를 암호화하는 뉴클레오티드를 포함하는 재조합 벡터의 형태로 사용될 경우, 상기 재조합 벡터는 상기 뉴클레오티드에 작동가능하게 연결된 프로모터를 포함할 수 있다.The gene editing composition of the present invention is a recombinant vector containing a nucleotide encoding Cpf1 and a recombinant vector containing a nucleotide encoding a chimeric DNA-RNA guide, or a nucleotide encoding Cpf1 and a chimeric DNA-RNA guide encoding When used in the form of a recombinant vector containing a nucleotide, the recombinant vector may include a promoter operably linked to the nucleotide.
본 발명에서 사용되는 용어, "프로모터"는 폴리머라아제와 결합되고, 다운스트림(3' 방향) 코딩 또는 비-코딩 서열의 전사를 개시할 수 있는 DNA 조절 영역이다.As used herein, the term "promoter" is a DNA regulatory region capable of binding a polymerase and initiating transcription of a downstream (3' direction) coding or non-coding sequence.
본 발명에서 사용되는 용어, "작동가능하게 연결된"은 유전자 발현 조절 서열과 다른 뉴클레오티드 서열사이의 기능적인 결합(cis)을 의미한다. 상기 유전자 발현 조절 서열은 복제원점(replication origin), 프로모터, 전사 종결 서열(terminator) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.As used herein, the term "operably linked" means a functional linkage (cis) between a gene expression control sequence and another nucleotide sequence. The gene expression control sequence may be at least one selected from the group consisting of a replication origin, a promoter, and a transcription termination sequence.
본 발명의 프로모터는 특정 유전자의 전사 개시를 조절하는 전사 조절 서열 중 하나로, 통상적으로 약 100bp 내지 약 2500bp 길이의 폴리뉴클레오티드 단편일 수 있다. The promoter of the present invention is one of the transcription control sequences that control the initiation of transcription of a specific gene, and may be a polynucleotide fragment of about 100 bp to about 2500 bp in length.
상기 프로모터는 세포, 예를 들어, 진핵 세포(예를 들어, 식물 세포, 또는 동물 세포(예를 들어, 인간, 마우스 등의 포유류 세포 등) 등)에서 전사 개시를 조절할 수 있으면, 제한 없이 사용 가능하다. 예를 들어, 상기 프로모터는 CMV 프로모터(cytomegalovirus promoter;예를 들어, 인간 또는 마우스 CMV immediate-early 프로모터), U6 프로모터, EF1-alpha(elongation factor 1-a) 프로모터, EF1-alpha short(EFS) 프로모터, SV40 프로모터, 아데노바이러스 프로모터(major late promoter), pL λ 프로모터, trp 프로모터, lac 프로모터, tac 프로모터, T7 프로모터, 백시니아 바이러스 7.5K 프로모터, HSV의 tk 프로모터, SV40E1 프로모터, 호흡기 세포융합 바이러스(Respiratory syncytial virus; RSV) 프로모터, 메탈로티오닌 프로모터(metallothionin promoter), β-액틴 프로모터, 유비퀴틴 C 프로모터, 인간 IL-2(human interleukin-2) 유전자 프로모터, 인간 림포톡신(human lymphotoxin) 유전자 프로모터, 인간 GM-CSF(human granulocyte-macrophage colony stimulating factor) 유전자 프로모터 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예에서, 상기 프로모터는 CMV immediate-early 프로모터, U6 프로모터, EF1-alpha(elongation factor 1-a) 프로모터, EF1-alpha short(EFS) 프로모터 등으로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있다. 상기 전사 종결 서열은 폴리아데닐화 서열(pA) 등일 수 있다. 상기 복제 원점은 f1 복제원점, SV40 복제원점, pMB1 복제원점, 아데노 복제원점, AAV 복제원점, BBV 복제원점 등일 수 있다.The promoter can be used without limitation as long as it can regulate transcription initiation in cells, for example, eukaryotic cells (eg, plant cells, or animal cells (eg, mammalian cells such as humans and mice), etc.) do. For example, the promoter is a CMV promoter (cytomegalovirus promoter; eg, human or mouse CMV immediate-early promoter), U6 promoter, EF1-alpha (elongation factor 1-a) promoter, EF1-alpha short (EFS) promoter , SV40 promoter, adenovirus promoter (major late promoter), pL λ promoter, trp promoter, lac promoter, tac promoter, T7 promoter, vaccinia virus 7.5K promoter, tk promoter of HSV, SV40E1 promoter, respiratory syncytial virus (Respiratory syncytial virus (RSV) promoter, metallothionein promoter, β-actin promoter, ubiquitin C promoter, human interleukin-2 (IL-2) gene promoter, human lymphotoxin gene promoter, human It may be one or more species selected from the group consisting of a human granulocyte-macrophage colony stimulating factor (GM-CSF) gene promoter, etc., but is not limited thereto. In one example, the promoter may be selected from the group consisting of a CMV immediate-early promoter, a U6 promoter, an elongation factor 1-a (EF1-alpha) promoter, and an EF1-alpha short (EFS) promoter. The transcription termination sequence may be a polyadenylation sequence (pA) or the like. The origin of replication may be the f1 origin of replication, the SV40 origin of replication, the pMB1 origin of replication, the adeno origin of replication, the AAV origin of replication, or the BBV origin of replication.
본 발명의 벡터는 플라스미드 벡터, 코즈미드 벡터 및 박테리오파아지 벡터, 아데노바이러스 벡터, 레트로바이러스 벡터 및 아데노-연관 바이러스 벡터와 같은 바이러스 벡터로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있다. 상기 재조합 벡터로 사용될 수 있는 벡터는 당업계에서 사용되는 플라스미드(예를 들면, pcDNA 시리즈, pSC101, pGV1106, pACYC177, ColE1, pKT230, pME290, pBR322, pUC8/9, pUC6, pBD9, pHC79, pIJ61, pLAFR1, pHV14, pGEX 시리즈, pET 시리즈, pUC19 등), 파지(예를 들면, λgt4λB, λ-Charon, λΔz1, M13 등) 또는 바이러스 벡터(예를 들면, 아데노-연관 바이러스(AAV) 벡터 등) 등을 기본으로 하여 제작될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The vector of the present invention may be selected from the group consisting of plasmid vectors, cosmid vectors and bacteriophage vectors, adenoviral vectors, retroviral vectors and adeno-associated viral vectors. Vectors that can be used as the recombinant vector are plasmids used in the art (eg, pcDNA series, pSC101, pGV1106, pACYC177, ColE1, pKT230, pME290, pBR322, pUC8/9, pUC6, pBD9, pHC79, pIJ61, pLAFR1 , pHV14, pGEX series, pET series, pUC19, etc.), phage (eg, λgt4λB, λ-Charon, λΔz1, M13, etc.) or viral vectors (eg, adeno-associated virus (AAV) vectors, etc.) It may be manufactured based on, but is not limited thereto.
본 발명의 재조합 발현벡터의 제작은 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 사용하여 수행될 수 있다.The recombinant expression vector of the present invention can be prepared using genetic recombination techniques well known in the art, and site-specific DNA cutting and linking can be performed using enzymes generally known in the art. there is.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 가이드는 3'-말단이 개질된 것일 수 있다. 본 발명의 키메릭 DNA-RNA 가이드는 3'-말단이 개질됨으로써, 세포 내에서 DNA 엑소뉴클레아제(exonuclease)에 의한 영향 없이 높은 표적 특이성 및 우수한 인델 효율을 나타낼 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the 3'-end of the guide may be modified. By modifying the 3'-end of the chimeric DNA-RNA guide of the present invention, it can exhibit high target specificity and excellent indel efficiency without being affected by DNA exonuclease in cells.
구체적으로, 포스포네이트, 포스포로티오에이트 또는 포스포트리에스테르인 포스페이트로의 개질을 포함할 수 있다. 또한, LNA, HNA, CeNA, 2'-메톡시에틸, 2'-O-알킬, 2'-O-알릴, 2'-C-알릴, 2'-플루오로, 2'-데옥시, 2'-히드록실 및 그들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 개질일 수 있다. 또한, 비오틴화 등을 통해 개질될 수 있다. Specifically, it may include modification to phosphate, which is a phosphonate, phosphorothioate or phosphotriester. Also, LNA, HNA, CeNA, 2'-methoxyethyl, 2'-O-alkyl, 2'-O-allyl, 2'-C-allyl, 2'-fluoro, 2'-deoxy, 2' - It may be a modification selected from the group consisting of hydroxyl and combinations thereof. In addition, it may be modified through biotinylation or the like.
구체적으로, 포스포로티오에이트(phosphorothioate)로 개질(modification)된 것일 수 있다.Specifically, it may be modified with phosphorothioate.
본 발명의 키메릭 DNA-RNA 가이드는 3'-말단이 포스포로티오에이트로 개질됨으로써, 세포내에서 3' DNA 엑소뉴클레아제(exonuclease)에 의한 영향 없이 높은 표적 특이성 및 우수한 인델 효율을 나타낼 수 있다.The chimeric DNA-RNA guide of the present invention can exhibit high target specificity and excellent indel efficiency without being affected by 3' DNA exonuclease in cells by modifying the 3'-terminus with phosphorothioate. there is.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 DNA는 상기 가이드의 3' 말단에 치환된 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the DNA may be substituted at the 3' end of the guide.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 DNA는 6 내지 10개인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the number of DNAs may be 6 to 10.
crRNA의 5' 말단 또는 seed region의 RNA가 DNA로 치환된 키메릭 DNA-RNA 가이드의 경우, 절단 활성이 낮다. 반면, crRNA의 3' 말단부터 6 내지 10개의 RNA가 DNA로 치환된 키메릭 DNA-RNA 가이드는 높은 특이성 및 절단 활성을 나타내므로, crRNA의 치환은 crRNA의 3' 말단에서 이루어지는 것이 바람직하다.In the case of chimeric DNA-RNA guides in which RNA at the 5' end of crRNA or seed region is substituted with DNA, the cleavage activity is low. On the other hand, since a chimeric DNA-RNA guide in which 6 to 10 RNAs from the 3' end of the crRNA are substituted with DNA exhibits high specificity and cleavage activity, the substitution of the crRNA is preferably performed at the 3' end of the crRNA.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 조성물은 SpCas9 닉카아제(nickase)(D10A) 또는 비활성(Dead) SpCas9 닉카아제(nickase)(D10A 또는 H840A)을 더 포함할 수 있다. SpCas9 닉카아제(nickase)(D10A)는 D10A 돌연변이를 갖는 S. 피오게네스 Cas9 nickase를 의미한다. 비활성 SpCas9 (dead SpCas9)(D10A, 또는 H840A)는 D10A, H840A 돌연변이를 갖는 S. 피오게네스 Cas9 을 의미한다. According to one embodiment of the present invention, the composition may further include SpCas9 nickase (D10A) or inactive (Dead) SpCas9 nickase (D10A or H840A). SpCas9 nickase (D10A) refers to the S. pyogenes Cas9 nickase with the D10A mutation. Inactive SpCas9 (dead SpCas9) (D10A, or H840A) refers to S. pyogenes Cas9 having D10A, H840A mutations.
SpCas9 닉카아제(D10A)은 세포내 존재하는 DNA 이중나선의 negative supercoil을 제거할 수 있으므로, 세포내에서 키메릭 DNA-RNA 가이드의 유전체 교정 효율을 제고할 수 있다.SpCas9 nickase (D10A) can remove the negative supercoil of the DNA double helix present in cells, so it can improve the genome editing efficiency of chimeric DNA-RNA guides in cells.
본 발명의 다른 양상은 상기 유전체 교정용 조성물을 분리된 세포 또는 유기체에 도입하는 단계를 포함하는 형질 전환체의 제조 방법을 제공한다. 여기서 상기 유기체는 인간을 제외할 수 있다. Another aspect of the present invention provides a method for producing a transformant comprising introducing the composition for genome editing into a separated cell or organism. Here, the organism may exclude humans.
본 발명의 유전체 교정용 조성물은 핵산 분자를 유기체, 세포, 조직 또는 기관에 도입하는 당 분야에서 공지된 방법에 의해 세포 또는 유기체에 도입될 수 있으며, 당 분야에서 공지된 바와 같이 숙주 세포에 따라 적합한 표준 기술을 선택하여 수행할 수 있다. 이런 방법에는 예를 들어, 전기천공법(electroporation), 인산칼슘(CaPO4) 침전, 염화칼슘(CaCl2) 침전, 미세주입법(microinjection), 폴리에틸렌글리콜(PEG)법, DEAE-덱스트란법, 양이온성 리포좀법, 및 초산 리튬-DMSO법 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The composition for genome editing of the present invention can be introduced into a cell or organism by a method known in the art for introducing a nucleic acid molecule into an organism, cell, tissue or organ, and as known in the art, it is suitable for host cells. This can be done with a selection of standard techniques. These methods include, for example, electroporation, calcium phosphate (CaPO 4 ) precipitation, calcium chloride (CaCl 2 ) precipitation, microinjection, polyethylene glycol (PEG) method, DEAE-dextran method, cationic A liposome method, a lithium acetate-DMSO method, and the like may be included, but are not limited thereto.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 유전체 교정용 조성물을 표적 서열을 갖고 유전자 산물을 암호화하는 DNA 분자를 함유하고 발현하는 세포에 도입하는 단계를 포함하여, 유전자 산물의 발현을 변경시키는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for altering the expression of a gene product, including introducing the composition for genome editing into a cell containing and expressing a DNA molecule having a target sequence and encoding the gene product. .
핵산 변경 이벤트를 겪은 세포(즉, "변경된" 세포)는 임의의 적합한 방법을 사용하여 단리될 수 있다. 수선 뉴클레오티드 분자는 선별 마커(selectable marker)를 암호화하는 핵산을 추가로 포함한다. 이러한 선별 마커는 당업계에 널리 공지되어 있으며 이들 마커를 암호화하는 핵산 서열은 상업적으로 이용 가능하다(예를 들면, 문헌[Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual (Cold Spring Harbor Laboratory Press 1989] 참조). 형광에 의해 시각화될 수 있는 선별마커를 사용하는 방법은 형광 활성화 세포 분류(FACS) 기법을 사용하여 추가로 분류될 수 있다. 단리된 조작된 세포가 이식을 위한 세포주를 확립하는데 사용될 수 있다. 단리된 변경된 세포는 안정한 세포주를 생산하기 위해 임의의 적합한 방법을 사용하여 배양할 수 있다.Cells that have undergone a nucleic acid alteration event (ie, “altered” cells) can be isolated using any suitable method. The repair nucleotide molecule further comprises a nucleic acid encoding a selectable marker. Such selectable markers are well known in the art and nucleic acid sequences encoding these markers are commercially available (see, e.g., Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual (Cold Spring Harbor Laboratory Press 1989). Reference).Methods using selectable markers that can be visualized by fluorescence can be further sorted using fluorescence activated cell sorting (FACS) technology.The isolated engineered cells can be used to establish cell lines for transplantation. The isolated altered cells may be cultured using any suitable method to produce a stable cell line.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 유전체 교정용 조성물을 표적 서열을 갖고 유전자 산물을 암호화하는 DNA 분자를 함유하고 발현하는 세포에 도입하는 단계를 포함하여 유전자 산물의 발현을 변경시킴으로써, 대상체에서 돌연변이 또는 단일-뉴클레오티드 다형태(SNP)와 관련된 질환을 예방, 개선 또는 치료하는 방법을 제공하는 것이다. 여기서 DNA 분자는 돌연변이 또는 SNP 돌연변이 서열을 포함한다.Another object of the present invention is to change the expression of a gene product, including the step of introducing the composition for genome editing into a cell containing and expressing a DNA molecule having a target sequence and encoding a gene product, so that a mutation or single mutation in a subject - To provide a method for preventing, improving or treating diseases associated with nucleotide polymorphisms (SNPs). wherein the DNA molecule contains a mutant or SNP mutant sequence.
DNA 분자는 적어도 하나, 둘, 셋, 넷 또는 그 이상의 SNP 또는 돌연변이 부위를 포함할 수 있고, 본원에 기술된 방법은 적어도 하나, 둘, 셋, 넷 또는 그 이상의 SNP 또는 돌연변이 부위와 관련된 유전자 산물의 발현을 변경시킨다. 즉, 다수의 SNP 부위 또는 선조 SNP에서 돌연변이 서열을 변경시킬 수 있다.A DNA molecule can contain at least one, two, three, four or more SNPs or mutation sites, and the methods described herein can be used to generate gene products associated with at least one, two, three, four or more SNPs or mutation sites. alter expression. That is, it is possible to alter the mutant sequence at multiple SNP sites or ancestral SNPs.
이러한 대상체에서 돌연변이 또는 단일-뉴클레오티드 다형태(SNP)와 관련된 질환을 예방, 개선 또는 치료를 위한 질환은 예를 들어 유전 질환, 비유전 질환, 바이러스 감염, 박테리아 감염, 암, 또는 자가 면역 질환을 포함한다. Diseases for preventing, ameliorating or treating diseases associated with mutations or single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in such subjects include, for example, genetic diseases, non-genetic diseases, viral infections, bacterial infections, cancers, or autoimmune diseases. do.
여기서, 유전 질환"은 게놈에서 하나 이상의 이상, 특히 출생시 존재하는 상태에 의해 부분적으로 또는 전적으로, 직접적으로 또는 간접적으로 유발되는 질환을 지칭한다. 이상은 돌연변이, 삽입 또는 결실일 수 있다. 이상은 유전자의 코딩 서열 또는 이의 조절 서열에 영향을 줄 수 있다. 유전 질환은 DMD, 혈우병, 낭포성 섬유증, 헌팅턴 무도병, 가족성 고콜레스테롤혈증 (LDL 수용체 결함), 간모세포종, 윌슨병(Wilson's disease), 선천성 간성 포르피린증, 간 대사의 유전성 장애, 레쉬 니한 증후군(Lesch Nyhan syndrome), 겸상 적혈구 빈혈, 지중해빈혈, 색소피부건조증, 판코니 빈혈(Fanconi's anemia), 망막색소변성증, 모세혈관확장성 실조증, 블룸 증후군(Bloom's syndrome), 망막모세포종 및 테이-삭스병(Tay-Sachs disease)일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. As used herein, "genetic disease" refers to a disease caused in part or wholly, directly or indirectly, by one or more abnormalities in the genome, in particular a condition present at birth. An abnormality may be a mutation, insertion or deletion. An abnormality may be a mutation, an insertion or a deletion. Can affect the coding sequence of a gene or its regulatory sequence Genetic diseases include DMD, hemophilia, cystic fibrosis, Huntington's chorea, familial hypercholesterolemia (LDL receptor defect), hepatoblastoma, Wilson's disease, Congenital hepatic porphyria, hereditary disorders of liver metabolism, Lesch Nyhan syndrome, sickle cell anemia, thalassemia, xeroderma pigmentosum, Fanconi's anemia, retinitis pigmentosa, telangiectasia, bloom syndrome (Bloom's syndrome), retinoblastoma and Tay-Sachs disease, but are not limited thereto.
비유전 질환 타겟은 Cpf1을 이용, 변이된 유전자 이외 정상 유전자를 조절하여 질병을 치료하는 것으로, 대표적으로 노인성 황반 변성(AMD)일 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.The non-genetic disease target is to treat a disease by regulating a normal gene other than a mutated gene using Cpf1, and may typically be age-related macular degeneration (AMD), but is not limited thereto.
여기서, 바이러스, 박테리아 감염, 또는 이들에 의한 질환은 에이즈, 조류독감, 독감, CMV 감염질환, 결핵 또는 나병 등을 포함하며, 이에 제한되지 않는다. Here, viruses, bacterial infections, or diseases caused by these include, but are not limited to, AIDS, avian influenza, influenza, CMV infectious diseases, tuberculosis, or leprosy.
여기서, 암은 방광암, 골암, 혈액암, 유방암, 흑색종양, 갑상선암, 부갑상선암, 골수암, 직장암, 인후암, 후두암, 폐암, 식도암, 췌장암, 대장암, 위암, 설암, 피부암, 뇌종양, 자궁암, 두부 또는 경부암, 담낭암, 구강암, 결장암, 항문 부근암, 중추신경계 종양, 간암 및 대장암으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나를 포함하며, 이에 제한되지 않는다. Here, the cancer is bladder cancer, bone cancer, blood cancer, breast cancer, melanoma, thyroid cancer, parathyroid cancer, bone marrow cancer, rectal cancer, throat cancer, laryngeal cancer, lung cancer, esophageal cancer, pancreatic cancer, colon cancer, stomach cancer, tongue cancer, skin cancer, brain tumor, uterine cancer, head or It includes, but is not limited to, any one selected from the group consisting of cervical cancer, gallbladder cancer, oral cancer, colon cancer, perianal cancer, central nervous system tumor, liver cancer, and colorectal cancer.
여기서, 자가 면역 질환은 제1형 당뇨병, 류마티스 관절염, 셀리악 병(Celiac disease-sprue), IgA 결핍(IgA deficiency), 크론병(Crohn's disease), 다발성 경화증, 전신성 홍반성 낭창, 쇼그렌 증후군, 피부 경화증, 다발성 근염, 만성 활동성간염, 혼합 결체 조직 질환, 원발성 담즙성 간경변, 악성 빈혈, 자가면역 갑상선염, 특발성 에디슨 병, 백반, 글루텐 감수성 장병증, 그레이브병, 중증 근무력증, 자가면역성 호중구 감소증, 특발성 혈소판 감소 자반증, 간경변증, 심상성천포창, 자가면역 불임증, 구드패스츄어 증후군, 수포성 유천포창, 원판상 홍반 루푸스, 궤양성 대장염 또는 고밀도 침착병 등을 포함하며, 이에 제한되지 않는다. Here, the autoimmune disease is
상기 내용에 있어서, 치료는 질환 또는 병태에 대해 양성 치료 반응을 제공한다. "양성 치료 반응"이란 질환 또는 병태의 개선, 및/또는 질환 또는 병태와 관련된 증상의 개선으로 의도된다.In the context above, treatment provides a positive therapeutic response to a disease or condition. By “positive therapeutic response” is intended an amelioration of a disease or condition and/or an amelioration of symptoms associated with a disease or condition.
상기 증상의 개선은 유효량, 또는 치료학적 유효량의 유전체 교정용 조성물의 투여를 포함한다. "유효량" 또는 "치료학적 유효량"은 유리하거나 목적하는 결과를 가져오기에 충분한 제제의 양을 가리킨다. 치료학적 유효량은 다음 중의 하나 이상에 따라 달라질 수 있다: 대상체 및 치료되는 질환 상태, 대상체의 체중 및 연령, 질환 상태의 중증도, 투여 방식 등, 이것은 당업계의 통상의 숙련가에 의해 용이하게 결정될 수 있다.Improvement of the symptoms includes administration of an effective amount or a therapeutically effective amount of the composition for genome editing. "Effective amount" or "therapeutically effective amount" refers to an amount of an agent sufficient to produce a beneficial or desired result. A therapeutically effective amount may vary depending on one or more of the following: the subject and disease state being treated, the weight and age of the subject, the severity of the disease state, the mode of administration, etc., which can be readily determined by one of ordinary skill in the art. .
본 발명의 또 다른 목적은 Cpf1 단백질 또는 이를 암호화하는 DNA; 및 표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하는 약학적 조성물을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is a Cpf1 protein or DNA encoding the same; And to provide a pharmaceutical composition comprising a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same.
발명의 약학적 조성물의 제형은 비경구용일 수 있다. 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다. 특히, 비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조제제, 좌제가 포함된다. 비수성용제 및 현탁용제로는 프로필렌글리콜(propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다.The dosage form of the pharmaceutical composition of the present invention may be for parenteral use. When formulated, it is prepared using diluents or excipients such as commonly used fillers, extenders, binders, wetting agents, disintegrants, and surfactants. In particular, preparations for parenteral administration include sterilized aqueous solutions, non-aqueous solvents, suspensions, emulsions, freeze-dried preparations, and suppositories. Propylene glycol, polyethylene glycol, vegetable oils such as olive oil, and injectable esters such as ethyl oleate may be used as non-aqueous solvents and suspending agents.
본 발명의 약학적 조성물은 비경구로 투여될 수 있으며, 종양내 투여, 정맥내, 근육내, 피내, 피하, 복강내, 소동맥내, 심실내, 병변내, 척추강내, 국소, 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 경로로 투여될 수 있다.The pharmaceutical composition of the present invention can be administered parenterally, intratumorally, intravenously, intramuscularly, intracutaneously, subcutaneously, intraperitoneally, intraarterially, intraventricularly, intralesionally, intrathecally, topically, and combinations thereof. It may be administered by any one route selected from the group consisting of
본 발명의 약학적 조성물의 투여량은 환자의 체중, 연령, 성별, 건강상태, 식이, 투여시간, 투여방법, 배설율 및 질환의 중증도에 따라 그 범위가 다양하며, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 바람직한 효과를 위해서, 본 발명의 약학적 조성물을 1일 0.01 ug/kg 내지 100 mg/kg으로, 구체적으로는 1 ug/kg 내지 1 mg/kg으로 투여할 수 있다. 투여는 하루에 한번 투여할 수도 있고, 수회 나누어 투여할 수 있다. 따라서, 상기 투여량은 어떠한 면으로든 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.The dosage of the pharmaceutical composition of the present invention varies in its range depending on the patient's weight, age, sex, health condition, diet, administration time, administration method, excretion rate and severity of the disease, and can be appropriately selected by those skilled in the art. can For desirable effects, the pharmaceutical composition of the present invention may be administered at 0.01 ug/kg to 100 mg/kg per day, specifically at 1 ug/kg to 1 mg/kg. Administration may be administered once a day, or may be administered in several divided doses. Accordingly, the dosage is not intended to limit the scope of the present invention in any way.
본 발명의 또 다른 목적은 Cpf1 단백질 또는 이를 암호화하는 DNA; 및 표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하는 약학적 조성물을 이용한 의약 용도를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is a Cpf1 protein or DNA encoding the same; And to provide a pharmaceutical use using a pharmaceutical composition comprising a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same.
여기서 상기 의약 용도는 대상체에서 돌연변이 또는 단일-뉴클레오티드 다형태(SNP)와 관련된 질환을 예방, 개선 또는 치료하기 위한 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 유전 질환, 비유전 질환, 바이러스 감염, 박테리아 감염, 암, 또는 자가 면역 질환을 포함하는, 돌연변이 또는 단일-뉴클레오티드 다형태(SNP)와 관련된 질환에 대한 예방, 개선 또는 치료하기 위한 것일 수 있다.The medicinal use herein may be for preventing, ameliorating or treating a disease associated with a mutation or single-nucleotide polymorphism (SNP) in a subject. More specifically, it is intended to prevent, ameliorate or treat diseases associated with mutations or single-nucleotide polymorphisms (SNPs), including genetic diseases, non-genetic diseases, viral infections, bacterial infections, cancers, or autoimmune diseases. can
본 발명의 또 다른 목적은 유전체 교정에 사용하기 위한, Cpf1 단백질 또는 이를 암호화하는 DNA; 및 표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하는 조성물을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is a Cpf1 protein or DNA encoding it for use in genome editing; and a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same.
본 발명의 또 다른 목적은 유전 질환, 비유전 질환, 바이러스 감염, 박테리아 감염, 암, 또는 자가 면역 질환을 포함하는, 돌연변이 또는 단일-뉴클레오티드 다형태(SNP)와 관련된 질환의 예방 또는 치료에 사용하기 위한, Cpf1 단백질 또는 이를 암호화하는 DNA; 및 표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하는 조성물을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to use it for the prevention or treatment of diseases associated with mutations or single-nucleotide polymorphisms (SNPs), including genetic diseases, non-genetic diseases, viral infections, bacterial infections, cancer, or autoimmune diseases. For, Cpf1 protein or DNA encoding it; and a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same.
본 발명의 또 다른 목적은 암이나 유전 질병, 바이러스에 의한 감염을 특정 DNA 혹은 RNA 상의 돌연변이를 표적하여 검출하는데 사용되는 것이다. 정상 유전자와 변이 유전자를 정확하게 구분하는 데 있어서 Cpf1 단백질 또는 이를 암호화하는 DNA; 및 표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하는 유전자 진단용 조성물을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to be used to target and detect mutations in specific DNA or RNA of cancer, genetic diseases, or infection by viruses. Cpf1 protein or DNA encoding it in accurately distinguishing between normal and mutant genes; and a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same.
본 발명에 따른 유전자 진단용 조성물은 우수한 표적 특이성 및 신속성을 통하여 빠르고 정확하게 표적 유전자를 검출할 수 있다.The gene diagnosis composition according to the present invention can quickly and accurately detect a target gene through excellent target specificity and rapidity.
본 발명의 또 다른 목적은 Cpf1 단백질 또는 이를 암호화하는 DNA; 및Another object of the present invention is a Cpf1 protein or DNA encoding the same; and
표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하는 조성물의 유전체 교정 용도를 제공하는 것이다. It is to provide a genome editing use of a composition comprising a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same.
본 발명의 또 다른 목적은 돌연변이 또는 단일-뉴클레오티드 다형태(SNP)와 관련된 질환의 예방 또는 치료에 사용하기 위한 약제의 제조에 있어서,Another object of the present invention is to prepare a medicament for use in the prevention or treatment of diseases associated with mutations or single-nucleotide polymorphisms (SNPs),
Cpf1 단백질 또는 이를 암호화하는 DNA; 및 표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하는 조성물의 용도를 제공하는 것이다. Cpf1 protein or DNA encoding it; And to provide a use of a composition comprising a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same.
본 발명의 또 다른 양상은 비활성 Cpf1(dCpf1) 단백질 또는 이를 암호화하는 DNA; 및 표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭 DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하는 유전자 발현 억제용 조성물을 제공한다.Another aspect of the present invention is an inactive Cpf1 (dCpf1) protein or DNA encoding it; and a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same.
본 발명의 유전자 발현 억제용 조성물에 있어서, 전술한 내용과 중복되는 부분은 전술한 의미와 동일한 의미로 사용될 수 있다.In the composition for inhibiting gene expression of the present invention, parts overlapping with the above may be used in the same meaning as the above.
비활성(deactivated) Cpf1 단백질은 키메릭 DNA-RNA 가이드에 의해 표적 유전자에 바인딩할 수 있으나, 뉴클레아제 활성을 나타내지 않으므로, 표적 유전자의 전사가 억제 또는 감소될 수 있으므로, 표적 유전자의 발현을 조절하는데 효과적으로 활용될 수 있다.The deactivated Cpf1 protein can bind to the target gene by the chimeric DNA-RNA guide, but does not show nuclease activity, so the transcription of the target gene can be suppressed or reduced, so it is useful for regulating the expression of the target gene. can be used effectively.
본 발명에서 사용되는 비활성 Cpf1 단백질은 당업계에서 알려진 Cpf1 단백질의 활성을 제거 또는 감소시키는 방법에 의해 제조된 것일 수 있다.The inactive Cpf1 protein used in the present invention may be prepared by a method known in the art to remove or reduce the activity of the Cpf1 protein.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 가이드는 3'-말단이 포스포로티오에이트로 개질된 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the 3'-end of the guide may be modified with phosphorothioate.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 DNA는 상기 가이드의 3' 말단에 치환된 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the DNA may be substituted at the 3' end of the guide.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 조성물은 SpCas9 닉카아제(nickase)(D10A)를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the composition may further include SpCas9 nickase (D10A).
Cpf1 및 키메릭 DNA-RNA 가이드를 포함하는 유전체 교정 또는 발현 억제용 조성물에 따르면, 기존의 RNA 가이드 대비 인델 효율은 유사하면서도, RNA 가이드 대비 표적 특이성이 우수하므로, 안정성 및 높은 치료 효과를 요구하는 유전자 치료 등에 효과적으로 적용될 수 있다.According to the composition for genome editing or expression suppression including Cpf1 and chimeric DNA-RNA guide, the indel efficiency is similar to that of the existing RNA guide, but the target specificity is superior to that of the RNA guide, so genes requiring stability and high therapeutic effect It can be applied effectively to treatment, etc.
도 1은 AsCpf1 단백질내 crRNA와 표적 DNA 단일가닥의 상호작용을 나타낸 모식도이다. crRNA의 부분적인 DNA 치환에 따른 성능을 확인하기 위하여 3' 말단, 5' 말단부터 또는 seed 영역을 DNA로 치환하였으며, crRNA의 RNA부분은 파란색으로, DNA 부분은 붉은색(밑줄 표시)(숫자는 치환된 DNA 개수)으로 표시하였다.
도 2는 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 3' 말단부터 4bp 단위의 DNA 치환)를 사용한 AsCpf1의 표적 유전자(DNMT1: 오렌지색, CCR5: 녹색) 절단 효율을 나타낸 그래프이다. Cr1, Cr2, Cr3, Cr4, Cr5, Cr6, Cr7 및 Cr8은 각각 표 2에 해당하는 crRNA1, crRNA2, crRNA3, crRNA4, crRNA5, crRNA6, crRNA7 및 crRNA8의 키메릭 가이드 염기서열을 나타내고, CrS1, CrS2, CrS3, CrS4, CrS5, CrS6, CrS7 및 CrS8은 각각 표 3에 해당하는 crRNA51, crRNA52, crRNA53, crRNA54, crRNA55, crRNA56, crRNA57 및 crRNA58의 키메릭 가이드 염기서열을 나타낸다.
도 3은 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 5' 말단부터 4bp 단위의 DNA 치환)를 사용한 AsCpf1의 표적 유전자((DNMT1: 표적(오렌지색, CCR5: 표적(녹색)) 절단 효율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 AsCpf1의 crRNA 부분과 표적 유전자 DNA의 결합부분에서 PAM(TTTN) 염기서열에 가까운 seed 영역에 해당하는 crRNA를 DNA로 치환한 여러 종류의 crRNA를 사용하여, 표적 유전자(DNMT1: 오렌지색, CCR5: 녹색)의 절단 효율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 3' 말단부터 4bp 단위의 DNA 치환)를 사용한 AsCpf1의 표적 특이성을 확인하기 위한 표적 유전자(DNMT1: 표적(오렌지색), 비표적(파란색, 회색, 노란색)) 절단 효율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 seed 영역을 DNA로 치환)를 사용한 AsCpf1의 표적 특이성을 확인하기 위한 표적 유전자(DNMT1: 표적(오렌지색), 비표적(파란색, 회색, 노란색)) 절단 효율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 3'말단부터 4bp 단위의 DNA 치환)를 사용한 AsCpf1의 표적 특이성을 확인하기 위한 표적 유전자(CCR5: 표적(녹색), 비표적(오렌지색, 회색)) 절단 효율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 seed 영역을 DNA로 치환)를 사용한 AsCpf1의 표적 특이성을 확인하기 위한 표적 유전자(CCR5: 표적(녹색), 비표적(오렌지색, 회색)) 절단 효율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 3' 말단 4bp, 8bp DNA 치환) 사용한 표적 유전자 및 비표적 유전자(FANCF: 표적(파란색), 비표적(오렌지색, 회색)) 절단 효율을 나타낸 그래프이다.
도 10은 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 3' 말단 4bp, 8bp DNA 치환) 사용한 표적 유전자 및 비표적 유전자(GRIN2B: 표적(파란색), 비표적(오렌지색, 회색))) 절단 효율을 나타낸 그래프이다.
도 11은 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 3' 말단 4bp, 8bp DNA 치환) 사용한 표적 유전자 및 비표적 유전자(EMX1: 표적(파란색), 비표적(오렌지색, 회색)) 절단 효율을 나타낸 그래프이다.
도 12는 (A) 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 3' 말단부터 4bp 단위의 DNA 치환, 숫자는 치환된 DNA 개수)를 사용한 AsCpf1의 DNMT1 표적 특이성 및 (B) 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 seed 영역 DNA 치환)를 사용한 AsCpf1의 DNMT1 표적 특이성을 나타낸 그래프이다.
도 13은 (A) 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 3' 말단부터 4bp 단위의 DNA 치환)를 사용한 AsCpf1의 CCR5 표적 특이성 및 (B) 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 seed 영역 DNA 치환)를 사용한 AsCpf1의 CCR5 표적 특이성을 나타낸 그래프이다.
도 14는 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 3' 말단부터 4bp 단위의 DNA 치환)를 사용한 AsCpf1의 (A) FANCF, (B) GRIN2B 및 (C) EMX1 표적 특이성을 나타낸 그래프이다.
도 15는 키메릭 DNA-RNA 가이드를 사용한 유전자 교정 패턴을 나타낸 그림이다.
도 16은 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 3' 말단부터 4bp 단위의 DNA 치환을 기반으로, 3' 말단 포스포로티오에이트(phosphorothioate, PS) 개량)를 사용한 DNMT1 유전자 및 비표적 절단 효율을 나타낸 그래프이다.
도 17은 3' 말단이 PS로 개량된 키메릭 DNA-RNA 가이드의 표적 특이성을 나타낸 그래프이다.
도 18은 3' 말단 PS 개량된 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 5' 말단부터 4bp 단위의 DNA 치환)를 사용한 세포내 DNMT1 유전자 교정 결과를 나타낸 그림이다.
도 19는 3' 말단 PS 개량된 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 5' 말단부터 4bp 단위의 DNA 치환)를 사용한 세포내 DNMT1 유전자 교정 효율을 나타낸 그림이다. 4T 는 키메릭 가이드 3'끝에 PS를 직접 개질한 것에 비해 활성을 저해하지 않기 위한, 4개의 티미딘(thymine) 염기의 연장을 나타낸다. 4T-PS는 키메릭 가이드 3'끝에 4개의 티미딘 염기를 연장하여 PS로 개질한 것을 나타낸다.
도 20은 DNA 앰플리콘을 이용한 키메릭 DNA-RNA 가이드 기반 AsCpf1, LbCpf1 및 FnCpf1 유전자 가위들의 DNMT1 유전자내 표적 염기서열 절단 효율을 비교한 그래프이다. Cr1, Cr2, Cr3, Cr D+9, Cr D+10, Cr D+11, Cr4, Cr5, Cr6, Cr7 및 Cr8은 각각 표 2의 CrRNA1, CrRNA2, CrRNA3, CrRNA-2, CrRNA3-3, CrRNA3-4, CrRNA4, CrRNA5, CrRNA6, CrRNA7 및 CrRNA8을 나타낸다.
도 21은 키메릭 DNA-RNA 가이드 기반의 FnCpf1 유전자 가위의 DNMT1 표적 유전자와 비표적 유전자의 절단 효율을 나타낸 그래프이다.
도 22는 SpCas9 닉카아제에 의해 생긴 틈(nick)과 CRISPR-Cpf1에 의해 유도된 이중나선 절단 위치를 나타낸 그림이다.
도 23은 DNMT1, GRIN2B, HPRT1, RPL32P3 (각각 A, B, C, D)에 대하여 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 3'말단 4nt, 8nt 길이의 연속된 DNA 치환, +4, +8은 치환된 DNA 갯수)를 이용한 AsCpf1의 유전자 염기서열 타겟 표적 특이성 비교 결과를 나타낸다(On/Off1 비율(specificity)).
도 24는 키메릭 DNA-RNA 가이드 사용한 플라스미드 상 유전자 염기서열에 대한 표적 특이성 조사 결과를 나타낸다. 도 24의 A는 고등동물 세포내 (HEK293FT) 키메릭 DNA-RNA 기반 AsCpf1 전달시, 플라스미드상 표적/비표적 염기서열 교정 효율 비교 결과를 나타내며, 도 24의 B는 플라스미드상 DNMT1 염기서열에 대한 표적/비표적 염기서열 교정 효율 비교 결과를 나타내며, 도 24의 C는 차세대 염기서열 분석에 의한 DNMT1 염기서열에 대한 표적 특이성 비교 결과를 나타내며, 도 24의 D는 플라스미드상 GRIN2B 염기서열에 대한 표적/비표적 염기서열 교정 효율 비교 결과를 나타내며, 도 24의 E는 차세대 염기서열 분석에 의한 GRIN2B 염기서열에 대한 표적 특이성 비교 결과를 나타낸다.
도 25는 CCR5 유전자 표적 3' 말단 PS(phosphorothioate) 개량된 키메릭 가이드와 nickase SpCas9 복합사용에 의한 Cas12a(Cpf1) 유전자 교정 활성도 조사 결과를 나타낸다. 도 25의 A는 HEK293FT 세포내 키메릭 DNA-RNA 기반 Cas12a 와 dead/nickase SpCas9 동시전달에 의한 유전체 교정을 나타내며(표: CCR5 표적 유전자 염기서열과 in-silico 예측된 비표적 염기서열 정보), 도 25의 B는 키메릭 DNA-RNA 기반 Cas12a 와 nickase SpCas9 동시전달에 의한 NGS 유전체 교정 효율 분석 결과를 나타내며(+4DNA: crRNA 3' 말단 4nt DNA 치환, +8DNA: crRNA 3' 말단 8nt DNA 치환, PS: phosphorothioate 를 각각 나타냄), 도 25의 C는 dead/nickase SpCas9 복합 처리에 의한 유전체 교정 특이성 증가를 나타낸다.
도 26은 Affinity column (Ni-NTA resin)을 이용한 유전자 가위 CRISPR-Cas12a(Cpf1) 재조합 단백질의 정제결과. N-terminus에 (6X)His-tag이 결합된 AsCpf1(Acidaminococcus sp. Cpf1) 과 LbCpf1(Cpf1)을 각각 박테리아 세포 안에서 분리/정제하여 순도 90% 이상을 가진 활성화된 유전자 가위 단백질을 확보한 결과를 나타낸다.
도 27의 A는 CCR5 유전자의 표적 특이적 제거를 위한 Cpf1 표적 염기서열. 붉은색은 PAM(TTTN)염기서열, 노란색은 표적 염기서열을 나타내며, 도 27의 B는 CCR5 표적 염기서열(on-target)과 이와 유사한 비표적 염기서열(off-target) 정보를 나타낸다 (비표적 염기서열(Off-target)내 가이드 RNA와 mismatch가 생기는 부분은 붉은색으로 표시됨).
도 28은 키메릭 DNA-RNA 가이드를 사용한 AsCpf1의 동물 세포(HEK293FT)내 비표적 대비 CCR5 유전자 표적 특이성 제고 결과를 나타낸다(NC: negative control, 유전자 가위가 처리되지 않은 대조 실험군, Only Cas12a: Cas12a 단백질만 처리된 대조 실험군, WT crRNA: 기존에 사용되던 RNA 형태의 가이드를 사용한 Cas12a 를 처리함, +8DNA crRNA: 기존 RNA 형태의 가이드에서 3' 말단에 8개 nt를 DNA로 치환한 Cas12a를 처리함)
도 29는 키메릭 DNA-RNA 가이드를 사용한 LbCpf1의 동물 세포(HEK293FT)내 비표적 대비 CCR5 유전자 표적 특이성 증진을 나타낸다(NC: negative control, 유전자 가위가 처리되지 않은 대조 실험군, Only Cas12a: Cas12a 단백질만 처리된 대조 실험군, WT crRNA: 기존에 사용되던 RNA 형태의 가이드를 사용한 Cas12a 를 처리함, +8DNA crRNA: 기존 RNA 형태의 가이드에서 3' 말단에 8개 nt를 DNA로 치환한 Cas12a를 처리함).
도 30은 표적 특이적 발암 유전자 제거 원리로써, 정상유전자BRAF는 자르지 않고 발암유전자 BRAF(1799T>A)만 자를 수 있는 표적 특이성이 제고된 Cpf1유전자 가위를 적용하여 암세포 근원인 발암유전자를 제거하여 암세포를 사멸시키는 모식도를 나타낸다.
도 31은 발암성 BRAF 변이 유전자의 표적 특이적 제거를 위한 Cpf1표적 염기서열을 나타낸다. 도 31의 A는 오랜지색: CRISPR-Cpf1 유전자 가위의 표적 24nt 염기서열, 파란색: CRISPR-Cpf1 유전자 가위가 표적 인식에 필요한 PAM(TTTN) 염기서열, 붉은색: 정상 유전자(1799T) 내에서 발암성 유전자(1799T>A)로 변이가 일어남을 나타내며, 31의 B는 BRAF 유전자내 일어난 점 돌연변이 (MT: 변이 유전자(oncogene), WT: 정상 유전자(proto-oncogene))를 나타낸다.
도 32는 키메릭 DNA-RNA 가이드를 이용한 Cpf1의 정상유전자 대비 발암성 BRAF 변이 유전자 특이성 실험을 나타낸다 (NC: negative control, 유전자 가위가 처리되지 않은 대조 실험군, WT: 기존에 사용되던 RNA 형태의 가이드를 사용한 Cas12a 를 처리, D+8: 기존 RNA 형태의 가이드에서 3' 말단에 8개 nt를 DNA로 치환한 Cas12a를 처리함. Asterisk: 절단된 DNA표시. BRAF MT: 발암 유전자 BRAF(1799T>A), BRAF WT: 정상 유전자 BRAF(1799T)
도 33은 키메릭 DNA-RNA 가이드를 이용한 Cpf1의 정상 유전자 대비 발암 유전자 표적 특이성 증진을 나타낸다. 도 33의 A는 정상 유전자 BRAF(1799T)와 발암 유전자 BRAF(1799T>A)에 대한 기존 wt-crRNA와 DNA 8개 치환된 키메릭 DNA-RNA의 절단 비교 실험을 나타내며, 도 33의 B는 A로부터 계산되어진 값을 표적 특이성(BRAF(1799T>A)에 대한 절단 효율/ BRAF(1799T)에 대한 절단 효율) 으로 나타낸다 (BRAF MT: 발암 유전자 BRAF(1799T>A), BRAF WT: 정상 유전자 BRAF(1799T). NC: negative control, 유전자 가위가 처리되지 않은 대조 실험군, WT-crRNA: 기존에 사용되던 RNA 형태의 가이드를 사용한 Cas12a 를 처리, D+8-crRNA: 기존 RNA 형태의 가이드에서 3' 말단에 8개 nt를 DNA로 치환한 Cas12a를 처리함. BRAF MT/WT ratio: 정상 유전자 BRAF(1799T) 대비 발암 유전자 BRAF(1799T>A)에 대한 절단 표적 특이성).
도 34는 VEGFA 유전자의 표적 특이적 제거를 위한 Cpf1 표적 염기서열을 나타낸다. 구체적으로, 도 34의 A는 혈관생성내피인자(VEGFA)내 표적 염기서열을 나타낸다(파란색: CRISPR-Cpf1 유전자 가위의 표적 24nt 염기서열, 붉은색: CRISPR-Cpf1 유전자 가위가 표적 인식에 필요한 PAM(TTTN) 염기서열). 도 34의 B는 VEGFA 표적 염기서열과 유사한 비표적 염기서열, 염기서열내 붉은색으로 표시된 염기서열들은 Cpf1 가이드 염기서열과 다른 mismatch된 염기들을 나타낸다.
도 35는 키메릭 DNA-RNA 가이드를 이용한 Cpf1의 비표적 대비 VEGFA 유전자 특이성 실험을 나타낸다 (NC: negative control, 유전자 가위가 처리되지 않은 대조 실험군, WT: 기존에 사용되던 RNA 형태의 가이드를 사용한 Cas12a 를 처리, D+8: 기존 RNA 형태의 가이드에서 3' 말단에 8개 nt를 DNA로 치환한 Cas12a를 처리함. Asterisk: 절단된 DNA표시. VEGFA on-target: 혈관생성내피인자(VEGFA)내 표적 염기서열, VEGFA off-target: VEGFA 표적 염기서열과 유사한 비표적 염기서열).
도 36은 키메릭 DNA-RNA 가이드를 이용한 Cpf1의 비표적 대비 VEGFA 유전자 표적 특이성 증진을 나타낸다. 도 36의 A는 VEGFA on-target과 VEGFA off-target에 대한 기존 WT-crRNA와 DNA 8개 치환된 키메릭 DNA-RNA의 절단 비교 실험을 나타내며, 도 36의 B는 A로부터 계산되어진 값을 표적 특이성(VEGFA on-target에 대한 절단 효율/ VEGFA off-target에 대한 절단 효율) 으로 나타낸다(NC: negative control, 유전자 가위가 처리되지 않은 대조 실험군, WT-crRNA: 기존에 사용되던 RNA 형태의 가이드를 사용한 Cas12a 를 처리, D+8-crRNA: 기존 RNA 형태의 가이드에서 3' 말단에 8개 nt를 DNA로 치환한 Cas12a를 처리함. VEGFA on-target: 혈관생성내피인자(VEGFA)내 표적 염기서열, VEGFA off-target: VEGFA 표적 염기서열과 유사한 비표적 염기서열).1 is a schematic diagram showing the interaction between crRNA and target DNA single strands in AsCpf1 protein. In order to confirm the performance of partial DNA substitution of crRNA, the 3' end, 5' end, or seed region were substituted with DNA. The RNA part of crRNA is blue and the DNA part is red (underlined) (numbers are number of substituted DNAs).
Figure 2 shows the target gene of AsCpf1 ( DNMT1 : Orange, CCR5 : Green) It is a graph showing the cutting efficiency. Cr1, Cr2, Cr3, Cr4, Cr5, Cr6, Cr7 and Cr8 respectively represent the chimeric guide sequences of crRNA1, crRNA2, crRNA3, crRNA4, crRNA5, crRNA6, crRNA7 and crRNA8 corresponding to Table 2, and CrS1, CrS2, CrS3, CrS4, CrS5, CrS6, CrS7 and CrS8 represent chimeric guide sequences of crRNA51, crRNA52, crRNA53, crRNA54, crRNA55, crRNA56, crRNA57 and crRNA58 corresponding to Table 3, respectively.
Figure 3 is a graph showing the cleavage efficiency of AsCpf1's target gene ( DNMT1 : target (orange, CCR5 : target (green))) using a chimeric DNA-RNA guide (DNA replacement in units of 4 bp from the 5' end of crRNA).
4 shows that the target gene ( DNMT1 : orange, CCR5 : Green) is a graph showing the cutting efficiency.
Figure 5 shows the target gene ( DNMT1 : target (orange), off-target (blue, gray, yellow) for confirming the target specificity of AsCpf1 using a chimeric DNA-RNA guide (DNA replacement in units of 4 bp from the 3' end of crRNA) )) It is a graph showing the cutting efficiency.
Figure 6 shows target gene ( DNMT1 : target (orange), off-target (blue, gray, yellow)) cleavage to confirm the target specificity of AsCpf1 using a chimeric DNA-RNA guide (replacing the seed region of crRNA with DNA) Here is a graph showing the efficiency.
Figure 7 is a target gene ( CCR5 : target (green), off-target (orange, gray)) for confirming the target specificity of AsCpf1 using a chimeric DNA-RNA guide (DNA substitution in units of 4 bp from the 3' end of crRNA) It is a graph showing the cutting efficiency.
Figure 8 shows the cleavage efficiency of the target gene ( CCR5 : target (green), off-target (orange, gray)) to confirm the target specificity of AsCpf1 using a chimeric DNA-RNA guide (replacing the seed region of crRNA with DNA) is the graph shown.
9 is a graph showing the cleavage efficiency of target genes and off-target genes ( FANCF : target (blue), off-target (orange, gray)) using a chimeric DNA-RNA guide (3' end 4bp, 8bp DNA replacement of crRNA) .
10 is a graph showing the cleavage efficiency of target genes and off-target genes ( GRIN2B : target (blue), off-target (orange, gray)) using a chimeric DNA-RNA guide (3' end 4bp, 8bp DNA replacement of crRNA) am.
11 is a graph showing the cleavage efficiency of target genes and off-target genes ( EMX1 : target (blue), off-target (orange, gray)) using a chimeric DNA-RNA guide (3' end 4bp, 8bp DNA replacement of crRNA) .
12 shows (A) DNMT1 target specificity of AsCpf1 using a chimeric DNA-RNA guide (DNA substitution in units of 4 bp from the 3' end of crRNA, numbers indicate the number of substituted DNA) and (B) chimeric DNA-RNA guide ( It is a graph showing the DNMT1 target specificity of AsCpf1 using crRNA seed region DNA replacement).
13 shows (A) CCR5 target specificity of AsCpf1 using a chimeric DNA-RNA guide (DNA replacement in units of 4 bp from the 3' end of crRNA) and (B) chimeric DNA-RNA guide (DNA replacement in the seed region of crRNA) It is a graph showing the CCR5 target specificity of AsCpf1 using .
14 is a graph showing (A) FANCF, (B) GRIN2B, and (C) EMX1 target specificity of AsCpf1 using a chimeric DNA-RNA guide (DNA replacement in units of 4 bp from the 3' end of crRNA).
15 is a diagram showing a gene editing pattern using a chimeric DNA-RNA guide.
Figure 16 shows the DNMT1 gene and off-target cleavage efficiency using a chimeric DNA-RNA guide (3' end phosphorothioate (PS) improvement based on DNA substitution in units of 4 bp from the 3' end of crRNA). it's a graph
17 is a graph showing the target specificity of a chimeric DNA-RNA guide whose 3' end is modified with PS.
18 is a diagram showing results of intracellular DNMT1 gene correction using a 3' end PS modified chimeric DNA-RNA guide (DNA replacement in units of 4 bp from the 5' end of crRNA).
19 is a diagram showing the efficiency of intracellular DNMT1 gene editing using a 3' end PS improved chimeric DNA-RNA guide (DNA replacement in units of 4 bp from the 5' end of crRNA). 4T indicates extension of 4 thymine bases to avoid inhibiting the activity compared to direct modification of PS at the 3' end of the chimeric guide. 4T-PS indicates modification with PS by extending four thymidine bases at the 3' end of the chimeric guide.
20 is a graph comparing the cleavage efficiencies of target sequences in the DNMT1 gene of AsCpf1, LbCpf1, and FnCpf1 gene scissors based on chimeric DNA-RNA guides using DNA amplicons. Cr1, Cr2, Cr3, Cr D+9, Cr D+10, Cr D+11, Cr4, Cr5, Cr6, Cr7, and Cr8 are CrRNA1, CrRNA2, CrRNA3, CrRNA-2, CrRNA3-3, and CrRNA3 in Table 2, respectively. -4, CrRNA4, CrRNA5, CrRNA6, CrRNA7 and CrRNA8.
21 is a graph showing the cutting efficiency of DNMT1 target gene and off-target gene by FnCpf1 gene scissors based on chimeric DNA-RNA guides.
22 is a diagram showing a nick created by SpCas9 nickase and a double helix cleavage site induced by CRISPR-Cpf1.
23 shows chimeric DNA-RNA guides (contiguous DNA substitutions of 4nt and 8nt lengths at the 3' end of crRNA, +4 and +8 for DNMT1, GRIN2B, HPRT1, and RPL32P3 (A, B, C, and D, respectively) The result of comparing the target specificity of the AsCpf1 gene sequence using the number of substituted DNAs) is shown (On/Off1 ratio (specificity)).
24 shows the results of target specificity investigation for gene sequences on plasmids using chimeric DNA-RNA guides. Figure 24A shows the results of comparison of target/non-target sequence editing efficiency on plasmid when chimeric DNA-RNA-based AsCpf1 delivery in higher animal cells (HEK293FT), and Figure 24B shows target for DNMT1 sequence on plasmid / Shows the results of comparison of off-target sequence editing efficiency, C in FIG. 24 shows the comparison result of target specificity for DNMT1 nucleotide sequence by next-generation sequencing analysis, and D in FIG. 24 shows target / ratio for GRIN2B nucleotide sequence on plasmid 24E shows the target specificity comparison result for the GRIN2B nucleotide sequence by next-generation sequencing analysis.
Figure 25 shows the results of investigation of Cas12a (Cpf1) gene editing activity by the combined use of the CCR5 gene target 3' end PS (phosphorothioate) improved chimeric guide and the nickase SpCas9. 25A shows genome editing by co-delivery of chimeric DNA-RNA-based Cas12a and dead/nickase SpCas9 in HEK293FT cells (Table: CCR5 target gene sequence and in-silico predicted off-target sequence information). 25B shows the results of NGS genome editing efficiency analysis by co-delivery of chimeric DNA-RNA-based Cas12a and nickase SpCas9 (+4DNA: crRNA 3' end 4nt DNA substitution, +8DNA: crRNA 3' end 8nt DNA substitution, PS : phosphorothioate respectively), C in FIG. 25 shows the increase in genome editing specificity by the dead/nickase SpCas9 complex treatment.
26 is a result of purification of the gene scissors CRISPR-Cas12a (Cpf1) recombinant protein using Affinity column (Ni-NTA resin). AsCpf1 ( Acidaminococcus sp. Cpf1) and LbCpf1 (Cpf1), each of which has a (6X)His-tag attached to the N-terminus, were isolated/purified in bacterial cells to obtain activated gene scissors proteins with a purity of 90% or more. indicate
27A is a Cpf1 target nucleotide sequence for target-specific deletion of the CCR5 gene. The red color indicates the PAM (TTTN) nucleotide sequence, and the yellow color indicates the target nucleotide sequence, and B in FIG. The part where mismatch with the guide RNA in the base sequence (off-target) is shown in red).
Figure 28 shows the results of improving the CCR5 gene targeting specificity compared to non-targeting in animal cells (HEK293FT) of AsCpf1 using chimeric DNA-RNA guide (NC: negative control, control group not treated with genetic scissors, Only Cas12a: Cas12a protein Control group treated only, WT crRNA: treated with Cas12a using a previously used RNA-type guide, +8DNA crRNA: treated with Cas12a in which 8 nt at the 3' end of the existing RNA-type guide was substituted with DNA )
Figure 29 shows the enhancement of CCR5 gene targeting specificity compared to non-targeting in animal cells (HEK293FT) of LbCpf1 using a chimeric DNA-RNA guide (NC: negative control, control group not treated with genetic scissors, Only Cas12a: only Cas12a protein Treated control group, WT crRNA: Cas12a using a previously used RNA-type guide, +8DNA crRNA: Cas12a in which 8 nt at the 3' end of the existing RNA-type guide was substituted with DNA) .
30 shows the principle of target-specific oncogene removal. By applying Cpf1 gene scissors with improved target specificity that can cut only the oncogene BRAF (1799T>A) without cutting the normal gene BRAF, the oncogene that is the source of cancer cells is removed, thereby reducing cancer cells. It shows a schematic diagram of killing.
31 shows the Cpf1 target nucleotide sequence for target-specific removal of oncogenic BRAF mutant gene. 31A is orange: 24nt nucleotide sequence target of CRISPR-Cpf1 gene scissors, blue: PAM (TTTN) sequence required for target recognition by CRISPR-Cpf1 gene scissors, red: oncogenic gene within normal gene (1799T) (1799T>A) indicates a mutation, and B in 31 indicates a point mutation (MT: oncogene, WT: proto-oncogene) in the BRAF gene.
Figure 32 shows the specificity of the oncogenic BRAF mutation gene compared to the normal gene of Cpf1 using a chimeric DNA-RNA guide (NC: negative control, control group not treated with genetic scissors, WT: previously used RNA-type guide , D+8: Process Cas12a by substituting DNA for 8 nt at the 3' end of the existing RNA guide, Asterisk: Show truncated DNA BRAF MT: Oncogene BRAF (1799T>A ), BRAF WT: normal gene BRAF (1799T)
33 shows the enhancement of oncogene target specificity of Cpf1 compared to a normal gene using a chimeric DNA-RNA guide. Figure 33A shows the cleavage comparison experiment of existing wt-crRNA and chimeric DNA-RNA substituted with 8 DNAs for the normal gene BRAF (1799T) and oncogene BRAF (1799T>A), and Figure 33B shows A The value calculated from is expressed as target specificity (cleavage efficiency for BRAF(1799T>A)/cleavage efficiency for BRAF(1799T)) (BRAF MT: oncogene BRAF(1799T>A), BRAF WT: normal gene BRAF( 1799T) NC: negative control, control experimental group not treated with genetic scissors, WT-crRNA: treated with Cas12a using a previously used RNA-type guide, D+8-crRNA: 3' end of the existing RNA-type guide treated with Cas12a in which 8 nt were substituted with DNA BRAF MT/WT ratio: Cleavage target specificity for oncogene BRAF (1799T>A) compared to normal BRAF (1799T).
34 shows the Cpf1 target nucleotide sequence for target-specific deletion of the VEGFA gene. Specifically, A of FIG. 34 shows the target sequence in angiogenic endothelial factor (VEGFA) (blue: target 24nt sequence of CRISPR-Cpf1 gene scissors, red: PAM required for target recognition by CRISPR-Cpf1 gene scissors ( TTTN) sequence). 34B is a non-target nucleotide sequence similar to the VEGFA target nucleotide sequence, and the nucleotide sequences marked in red in the nucleotide sequence represent mismatched bases different from the Cpf1 guide nucleotide sequence.
Figure 35 shows the VEGFA gene specificity experiment compared to the off-target of Cpf1 using a chimeric DNA-RNA guide (NC: negative control, control group not treated with genetic scissors, WT: Cas12a using a guide in the form of RNA previously used , D+8: Cas12a in which 8 nt at the 3' end of the guide in the existing RNA form was substituted with DNA Asterisk: Display of truncated DNA VEGFA on-target: Within VEGFA Target sequence, VEGFA off-target: off-target sequence similar to VEGFA target sequence).
36 shows the enhancement of VEGFA gene targeting specificity compared to non-targeting of Cpf1 using a chimeric DNA-RNA guide. Figure 36A shows the cleavage comparison experiment of conventional WT-crRNA and chimeric DNA-RNA substituted with 8 DNAs for VEGFA on-target and VEGFA off-target, and B in Figure 36 shows the value calculated from A as the target Specificity (cleavage efficiency for VEGFA on-target / cleavage efficiency for VEGFA off-target) is shown (NC: negative control, control group not treated with genetic scissors, WT-crRNA: previously used RNA type guide Cas12a processing, D+8-crRNA: processing Cas12a in which 8 nt at the 3' end of the existing RNA guide was substituted with DNA VEGFA on-target: target nucleotide sequence in angiogenic endothelial factor (VEGFA) , VEGFA off-target: non-target sequence similar to VEGFA target sequence).
이하 본 발명을 하나 이상의 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through one or more embodiments. However, these examples are intended to illustrate the present invention by way of example, and the scope of the present invention is not limited to these examples.
실시예 1. Cpf1 재조합 단백질의 정제와 키메릭 DNA-RNA 가이드의 합성Example 1. Purification of Cpf1 recombinant protein and synthesis of chimeric DNA-RNA guide
키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드를 합성하기 위하여, 먼저 알려진 Cpf1 단백질 중에서 구조적으로 가이드 RNA와 상호작용이 잘 규명된 AsCpf1(Acidaminococcus sp. Cpf1) 재조합 단백질을 정제하였다.In order to synthesize a chimeric DNA-RNA guide, AsCpf1 ( Acidaminococcus sp. Cpf1) recombinant protein, whose interaction with the guide RNA was structurally well identified among known Cpf1 proteins, was first purified.
구체적으로, pET28a-Cas12a(AsCpf1) 박테리아 발현 벡터를 E.coli BL21(DE3)종에 형질전환 진행한 후, OD=0.6까지 37℃에서 배양하였다. IPTG를 접종하고 48시간 후에 박테리아 세포들을 침전하여 배양액을 제거하고, 남은 침전물을 bufferA[20mM Tris-HCl(pH8.0), 300mM NaCl, 10mM β-mercaptoethanol, 1% TritonX-100, 1mM PMSF]로 재용해하였다. 이후, 얼음상에서 3분 동안 초음파파쇄(sonication)하여 박테리아 세포막을 부수고, 원심분리(5000rpm, 10min)후 세포 용해물(lysate)을 수득(harvest)하였다. 그 다음, bufferB[20mM Tris-HCl(pH8.0), 300nM NaCl]로 전-세척(pre-washing)된 Ni-NTA resin과 초음파 파쇄된 세포내 용액을 혼합하고, 4℃에서 1시간 30분 동안 교반하였다. 박테리아 세포 침전 이후 bufferB[20mM Tris-HCl(pH8.0), 300nM NaCl]를 사용, 10배 volume으로 세척하여 비-특이적 결합 성분(non-specific binding component)을 제거하고, bufferC[20mM Tris-HCl(pH8.0), 300nM NaCl, 200mM Imidazole]를 사용하여 AsCpf1 단백질을 용출하여 고순도의 DNA 절단 활성이 있는 단백질을 정제하였다. 용출된 단백질은 bufferE[200mM NaCl, 50mM HEPES(pH7.5), 1mM DTT, 40% glycerol]로 centricon(Amicon Ultra,)를 사용하여 교환해주고 -80℃에 분주하여 보관하였다.Specifically, The pET28a-Cas12a(AsCpf1) bacterial expression vector was transformed into E.coli BL21(DE3) strain, and then cultured at 37°C until OD=0.6. 48 hours after inoculation with IPTG, the bacterial cells were precipitated, the culture medium was removed, and the remaining precipitate was mixed with bufferA [20 mM Tris-HCl (pH8.0), 300 mM NaCl, 10 mM β-mercaptoethanol, 1% TritonX-100, 1 mM PMSF]. redissolved. Thereafter, the bacterial cell membrane was broken by sonication for 3 minutes on ice, and the cell lysate was harvested after centrifugation (5000 rpm, 10 min). Then, the Ni-NTA resin pre-washed with bufferB [20mM Tris-HCl (pH8.0), 300nM NaCl] was mixed with the sonicated intracellular solution, and incubated at 4°C for 1 hour and 30 minutes. while stirring. After bacterial cell precipitation, non-specific binding components were removed by washing with 10-fold volume using bufferB [20mM Tris-HCl (pH8.0), 300nM NaCl], and bufferC [20mM Tris-HCl (pH8.0), 300nM NaCl]. HCl (pH 8.0), 300 nM NaCl, 200 mM Imidazole] was used to elute the AsCpf1 protein to purify a highly pure protein with DNA cutting activity. The eluted protein was exchanged with bufferE [200mM NaCl, 50mM HEPES (pH7.5), 1mM DTT, 40% glycerol] using centricon (Amicon Ultra,), and then aliquoted and stored at -80°C.
키메릭 DNA-RNA 가이드는 각 목표 유전자 내 타겟으로 하는 염기서열(표 2 내지 표 4)에 맞추어 일괄 합성 주문 제작하였다(bioneer). 표 4의 hDNMT1 crRNA2-2, hDNMT1 crRNA2-4, hDNMT1 crRNA3-2 및 hDNMT1 crRNA3-4 키메릭 가이드의 3' 말단은 포스포로티오에이트(phosphorothioate, PS)로 개량되었다. 표 2 내지 4에서 볼드체로 표시된 염기는 DNA 염기서열에 해당한다.Chimeric DNA-RNA guides were produced to order (bioneer) for batch synthesis according to the target nucleotide sequence (Tables 2 to 4) in each target gene. The 3' ends of the hDNMT1 crRNA2-2, hDNMT1 crRNA2-4, hDNMT1 crRNA3-2 and hDNMT1 crRNA3-4 chimeric guides in Table 4 were modified with phosphorothioate (PS). Bases marked in bold in Tables 2 to 4 correspond to DNA nucleotide sequences.
도면상에서, 표 2 내지 표 4의 키메릭 가이드를 'Cr + nunber'로 간략히 표기하였다. 예를 들어, 'hDNMT1 crRNA1'은 'Cr1'으로, 'hFANCF crRNA82-2'은 'Cr82-2'로 표기하였다.In the drawings, the chimeric guides in Tables 2 to 4 were briefly expressed as 'Cr + nunber'. For example, 'hDNMT1 crRNA1' was expressed as 'Cr1' and 'hFANCF crRNA82-2' was expressed as 'Cr82-2'.
crRNA1hDNMT1
crRNA1
crRNA2hDNMT1
crRNA2
crRNA3hDNMT1
crRNA3
crRNA3-2hDNMT1
crRNA3-2
crRNA3-3hDNMT1
crRNA3-3
crRNA3-4hDNMT1
crRNA3-4
crRNA4hDNMT1
crRNA4
crRNA5hDNMT1
crRNA5
crRNA6hDNMT1
crRNA6
crRNA7hDNMT1
crRNA7
crRNA8hDNMT1
crRNA8
crRNA9hDNMT1
crRNA9
crRNA10hDNMT1
crRNA10
crRNA11hDNMT1
crRNA11
crRNA12hDNMT1
crRNA12
crRNA13hDNMT1
crRNA13
crRNA14hDNMT1
crRNA14
crRNA15hDNMT1
crRNA15
crRNA16hDNMT1
crRNA16
crRNA17hDNMT1
crRNA17
crRNA18hDNMT1
crRNA18
crRNA19hDNMT1
crRNA19
crRNA20hDNMT1
crRNA20
crRNA21hDNMT1
crRNA21
crRNA22hDNMT1
crRNA22
crRNA23hDNMT1
crRNA23
crRNA24hDNMT1
crRNA24
crRNA25hDNMT1
crRNA25
crRNA26hDNMT1
crRNA26
crRNA27hDNMT1
crRNA27
crRNA51hCCR5
crRNA51
crRNA52hCCR5
crRNA52
crRNA53hCCR5
crRNA53
crRNA54hCCR5
crRNA54
crRNA55hCCR5
crRNA55
crRNA56hCCR5
crRNA56
crRNA57hCCR5
crRNA57
crRNA58hCCR5
crRNA58
crRNA61hCCR5
crRNA61
crRNA62hCCR5
crRNA62
crRNA63hCCR5
crRNA63
crRNA64hCCR5
crRNA64
crRNA65hCCR5
crRNA65
crRNA66hCCR5
crRNA66
crRNA67hCCR5
crRNA67
crRNA68hCCR5
crRNA68
crRNA69hCCR5
crRNA69
crRNA70hCCR5
crRNA70
crRNA81hFANCF
crRNA81
crRNA82hFANCF
crRNA82
crRNA82-2hFANCF
crRNA82-2
crRNA83hFANCF
crRNA83
crRNA84hFANCF
crRNA84
crRNA84-2hFANCF
crRNA84-2
crRNA85hEMX1
crRNA85
crRNA86hEMX1
crRNA86
crRNA86-2hEMX1
crRNA86-2
crRNA2-2hDNMT1
crRNA2-2
crRNA2-3hDNMT1
crRNA2-3
crRNA2-4hDNMT1
crRNA2-4
crRNA3-2hDNMT1
crRNA3-2
crRNA3-3hDNMT1
crRNA3-3
crRNA3-4hDNMT1
crRNA3-4
실시예 2. Cpf1 가이드 RNA의 부분적인 DNA 치환에 따른 유전체 절단 효율 분석Example 2. Analysis of genome cleavage efficiency according to partial DNA substitution of Cpf1 guide RNA
Cpf1 단백질과 가이드의 상호작용이 제시된 구조 모델을 바탕으로 표적 DNA 염기서열과 가이드 RNA의 결합 에너지를 줄이기 위하여 DNA-RNA 접합에 의해 형성되는 proto-spacer로 인식되는 부분을 DNA 염기서열로 교체하였다(도 1). 또한, 이러한 proto-spacer 영역을 포함, 전체적인 DNA 구조로써 가이드를 인식할 수 있는지 여부도 확인하였다. 3' 말단 쪽에서부터 시작하여 4개씩 가이드 시퀀스를 DNA로 순차적으로 치환하였을 때, 목표 유전자 DNA(DNMT1, CCR5)에 대하여 절단 효율을 비교분석 하였다. Based on the structural model in which the interaction between the Cpf1 protein and the guide is presented, in order to reduce the binding energy of the target DNA sequence and the guide RNA, the part recognized as a proto-spacer formed by DNA-RNA junction was replaced with a DNA sequence ( Fig. 1). In addition, it was also confirmed whether the guide can be recognized as the entire DNA structure including the proto-spacer region. When four guide sequences were sequentially substituted with DNA starting from the 3' end, the cleavage efficiency of the target gene DNA ( DNMT1, CCR5 ) was compared and analyzed.
구체적으로, 각 유전자위(DNMT1, CCR5)에 해당하는 DNA 프라이머(표 5)를 이용하여 게놈 DNA(HEK293FT)로부터 PCR 앰프리콘(amplicon)(DNMT1, CCR5, FANCF, GRIN2B, EMX1)을 얻었다. 차세대 염기서열 분석(NGS)에 사용된 정방향 어답터(forward adaptor) 및 역방향 어답터(reverse adaptor) 프라이머의 염기서열은 각각 볼드체로 나타내었다.Specifically, PCR amplicons ( DNMT1, CCR5, FANCF, GRIN2B, EMX1) were obtained from genomic DNA (HEK293FT) using DNA primers (Table 5) corresponding to each locus (DNMT1, CCR5). Base sequences of forward adapter and reverse adapter primers used in next-generation sequencing (NGS) are shown in bold, respectively.
정제된 재조합 AsCpf1 및 실시예 1에서 합성한 각 유전자위에 해당하는 키메릭 RNA-DNA 가이드(Bioneer) 또는 정제된 crRNA를 premix하고, 절단 버퍼(cleavage buffer)(NEB3, 10㎕ volumn) 조건에서, 1시간 동안 37℃에서 인큐베이션하였다. 반응 이후, 정지 버퍼(stop buffer)(100mM EDTA, 1.2% SDS)를 넣어 반응을 중지시키고, 2% 아가로스 젤 전기영동으로 DNA 절단 여부를 확인하였다.Purified recombinant AsCpf1 and chimeric RNA-DNA guides (Bioneer) or purified crRNA corresponding to each locus synthesized in Example 1 were premixed, and in cleavage buffer (NEB3, 10 μl volume) conditions, 1 Incubated at 37°C for 1 hour. After the reaction, stop buffer (100 mM EDTA, 1.2% SDS) was added to stop the reaction, and DNA cleavage was confirmed by 2% agarose gel electrophoresis.
DNA 절단 효율은, 절단된 이미지 패턴을 imageJ 프로그램을 사용하여 측정된 벤드 강도 프로파일(band intensity profile) 값을 하기의 식에 따라 계산하였다. The efficiency of DNA cleavage was calculated according to the following formula by measuring the bend intensity profile of the cleaved image pattern using the imageJ program.
[절단된 단편의 강도(intensity of the cleaved fragment)/단편 강도의 총 합(total sum of the fragment intensity)]×100 = DNA 절단 효율(%)[intensity of the cleaved fragment / total sum of the fragment intensity] × 100 = DNA cleavage efficiency (%)
그 결과, 대체로 3' 말단에서부터 대략 +10개까지의 DNA 치환은 목표 유전자 염기서열 절단 효율에 크게 영향을 주지 않은 것으로 확인되었다(도 2). 그러나, 가이드에서 12개 이상의 연속된 DNA 치환은 심각한 온-타겟(on-target) 절단 효율 저하를 유도한 것으로 확인되었다. 즉, Cpf1이 인식하는 가이드의 2'-OH 민감도가 seed 부분에서 먼 영역에서 가까운 영역으로 갈수록 더 커진다는 것으로 확인되었다. 반면, proto-spacer 이외의 영역인 5' 말단의 pseudoknot 구조에서 끝으로부터 순차적으로 4nt씩 바꾸어 나갔을 때의 표적 DNA 절단 효율의 경우, wild-type 가이드 대비 키메릭 DNA-RNA 형태의 가이드에서 절단 효율이 현저하게 감소한 것으로 확인되었다(도 3). As a result, it was confirmed that DNA substitutions from the 3' end to about +10 did not significantly affect the target gene sequence cleavage efficiency (FIG. 2). However, it was confirmed that more than 12 consecutive DNA substitutions in the guide induced severe reduction in on-target cleavage efficiency. In other words, it was confirmed that the 2'-OH sensitivity of the guide recognized by Cpf1 increases from the far region to the near region from the seed part. On the other hand, in the case of the target DNA cleavage efficiency when sequentially changing 4 nt from the end in the pseudoknot structure at the 5' end, which is a region other than the proto-spacer, the cleavage efficiency of the chimeric DNA-RNA type guide was higher than that of the wild-type guide. It was confirmed that it significantly decreased (FIG. 3).
실시예 3. Cpf1 RNA 가이드 Seed 부분의 DNA 치환에 따른 유전체 절단 효율 분석Example 3. Analysis of genome cleavage efficiency according to DNA substitution of Cpf1 RNA guide Seed part
연속적인 DNA 치환에 따른 타겟 DNA 절단실험에 이어, 구체적으로 타겟 DNA와 가이드의 seed 영역 2'-OH의 어느 부분이 Cpf1의 아미노산에 의하여 인식되는지 확인하였다. Following the target DNA cleavage experiment by continuous DNA substitution, it was confirmed which part of the 2'-OH of the seed region of the target DNA and the guide was recognized by the amino acid of Cpf1.
두 개의 유전자(DNMT1, CCR5)에 대하여, PAM(TTTN) 염기서열로부터 가까운 seed 부분에서의 RNA 가이드 단일 염기 DNA 치환에 따라 유전체 절단 효율을 실시예 2의 방법과 동일한 방법으로 수행하였다.For the two genes ( DNMT1, CCR5 ), genome cleavage efficiency was performed in the same manner as in Example 2 according to RNA guide single base DNA substitution in the seed portion close to the PAM (TTTN) base sequence.
그 결과, PAM 염기서열 위치부터 7 내지 10개까지의 부분에서 DNA 절단 효율이 감소된 것으로 확인되었다(도 4). 즉, DNMT1 유전자와 CCR5 유전자의 염기서열 종류에 따라 2'-OH의 인식이 바뀔 수 있는 것으로 확인되었다. As a result, it was confirmed that DNA cleavage efficiency was reduced in parts from 7 to 10 from the position of the PAM nucleotide sequence (FIG. 4). That is, it was confirmed that 2'-OH recognition can be changed depending on the nucleotide sequence type of the DNMT1 gene and the CCR5 gene.
한편, PAM 염기서열에 가까운 부분에 상보 접합하는 RNA 가이드에서 4개의 염기를 DNA로 치환한 결과, 단일 염기의 DNA 치환 대비 절단 효율이 현저히 저하된 것으로 확인되었다(도 4). On the other hand, as a result of substituting DNA for four bases in the RNA guide complementarily spliced to a part close to the PAM nucleotide sequence, it was confirmed that the cleavage efficiency was significantly lowered compared to single-base DNA substitution (FIG. 4).
실시예 2 및 실시예 3의 결과를 통하여, 가이드의 seed 또는 5'영역의 DNA 치환 대비 가이드내 3' 영역(대략 +10까지)의 DNA 치환이 표적 DNA의 절단 활성의 유지에 효과적인 것으로 확인되었다. 따라서, off-target 절단 효율에 대한 정확성 실험에서, 3' 영역이 DNA 치환된 가이드를 스크리닝 실험군으로 사용하였다.Through the results of Examples 2 and 3, it was confirmed that DNA replacement in the 3' region (up to approximately +10) of the guide is effective in maintaining the cleavage activity of the target DNA compared to DNA replacement in the seed or 5' region of the guide. . Therefore, in an accuracy test for off-target cleavage efficiency, a guide in which the 3' region was substituted with DNA was used as a screening test group.
실시예 4. 키메릭 DNA-RNA 가이드를 사용한 표적 유전자별 절단 특이성 분석Example 4. Cleavage specificity analysis by target gene using chimeric DNA-RNA guide
DNA의 치환에 따른 효과적인 가이드를 스크리닝하기 위하여, 비표적 절단 성질을 확인하기 위해 다양한 유전자(DNMT1, CCR5, FANCF, GRIN2B, EMX1)에서 온-타겟 및 오프-타겟 절단 효율을 각각 측정하였다. In order to screen effective guides according to DNA substitution, on-target and off-target cleavage efficiencies were measured in various genes ( DNMT1, CCR5, FANCF, GRIN2B, EMX1 ) to confirm off-target cleavage properties, respectively.
구체적으로, in silico(Cas-offinder) 방식으로 각각의 유전자 표적 염기서열(on-target)에 대한 유사 염기서열(off-target)을 선정하여 온-타겟 및 오프-타겟 절단 효율을 실시예 2의 방법으로 각각 계산하였고(도 5 내지 도 11), 이에 대한 비율을 산출하였다(도 12 내지 도 14).Specifically, by selecting a similar nucleotide sequence (off-target) for each gene target nucleotide sequence (on-target) in silico (Cas-offinder) method, on-target and off-target cleavage efficiencies of Example 2 Each method was calculated (Figs. 5 to 11), and a ratio thereof was calculated (Figs. 12 to 14).
표 2 내지 4의 키메릭 가이드를 사용하여 DNMT1 타겟에 대하여 절단 효율을 측정한 결과, 가이드의 3' 말단 DNA 치환의 경우 온-타겟 절단 보상(compensation) 없이 대략 10개 치환, 구체적으로 8개 치환까지 특이성(specificity)이 증가한 것으로 확인되었다(도 12A). Seed region의 단일 염기 DNA 치환의 경우, PAM으로부터 10개까지의 변화는 표적 DNA 절단 특이성이 감소하는 경향을 나타냈으며, 특히 seed region 안에서 연속적인 변화는 온-타겟 보상이 크게 증가하여 오프-타겟 절단 대비 특이성이 급격하게 줄어드는 경향을 나타낸 것으로 확인되었다(도 12B). As a result of measuring the cleavage efficiency for the DNMT1 target using the chimeric guides in Tables 2 to 4, in the case of DNA substitution at the 3' end of the guide, about 10 substitutions, specifically 8 substitutions, without on-target cleavage compensation It was confirmed that the specificity increased up to (FIG. 12A). In the case of single base DNA substitutions in the seed region, changes up to 10 from PAM tended to decrease target DNA cleavage specificity, and in particular, consecutive changes within the seed region significantly increased on-target compensation, resulting in off-target cleavage. It was confirmed that the contrast specificity showed a sharp decrease trend (FIG. 12B).
CCR5 유전자 염기서열을 표적한 경우, 가이드의 순차적인 3' 말단 DNA 치환시 온-타겟 절단은 DNMT1 타겟의 경우와 유사하였고, 비특이적 절단이 측정되지 않아 특이성은 비슷한 경향을 나타내는 것으로 확인되었다(도 7). Seed region의 가이드 단일 염기 DNA 치환을 적용하여 CCR5 유전자를 절단한 경우, PAM으로부터 2, 4, 5 및 7 번째에서 특이성이 감소되었고 나머지는 wild-type RNA 가이드와 유사한 수준으로 측정되었다(도 8).In the case of targeting the CCR5 gene sequence, on-target cleavage was similar to that of the DNMT1 target upon sequential 3' end DNA substitution of the guide, and non-specific cleavage was not measured, confirming that the specificity showed a similar trend (FIG. 7 ). When the CCR5 gene was cleaved by applying the guide single base DNA substitution of the seed region, the specificity was reduced at the 2nd, 4th, 5th, and 7th positions from the PAM, and the rest were measured to a level similar to that of the wild-type RNA guide (FIG. 8). .
즉, 가이드의 3' 말단으로부터 대략 8번째까지의 연속된 DNA 치환이 연속된 seed region의 DNA 치환보다 온-타겟 보상이 적고 특이성이 높은 것으로 확인되었다. 따라서, 3' 말단 영역이 치환된 키메릭 DNA-RNA 가이드를 사용하여 보다 다양한 유전자 염기서열을 타겟하여 on/off 절단 비율을 확인하였다(도 9 내지 도 11, 및 도 14). That is, it was confirmed that consecutive DNA substitutions from the 3' end of the guide to approximately the 8th position had less on-target compensation and higher specificity than DNA substitutions in the seed region. Therefore, the on/off cleavage ratio was confirmed by targeting more diverse gene sequences using a chimeric DNA-RNA guide in which the 3' terminal region was substituted (FIGS. 9 to 11 and 14).
In vitro 절단을 유도한 결과, 다른 3개 유전자의 염기서열 상에서도 가이드의 3' 말단(대략 8개까지) DNA 치환에서 on/off 절단 비율이 증가하는 유사한 결과가 확인되었다(도 14). As a result of in vitro cleavage, a similar result was confirmed in that the on/off cleavage ratio increased in DNA substitutions at the 3' end of the guide (up to about 8) in the nucleotide sequences of the other three genes (FIG. 14).
이와 같은 결과를 통하여, 가이드의 3' 말단 DNA 치환의 경우, 염기서열의 종류에 크게 영향을 받지 않고 광범위하게 표적 DNA 절단 특이성이 향상되는 것으로 확인되었다.Through these results, in the case of DNA substitution at the 3' end of the guide, it was confirmed that target DNA cleavage specificity was improved in a wide range without being greatly affected by the type of nucleotide sequence.
실시예 5. Cpf1 키메릭 DNA-RNA 가이드 3' 말단의 포스포로티오에이트 개량에 의한 세포내 유전체 교정 효율 복원 확인Example 5. Confirmation of restoration of intracellular genome editing efficiency by phosphorothioate modification of the 3' end of the Cpf1 chimeric DNA-RNA guide
키메릭 DNA-RNA 가이드의 3' 말단 DNA 치환시, 3' 말단 DNA 엑소뉴클레아제에 의한 키메릭 DNA-RNA 가이드의 열화(degradation)가 발생할 가능성이 존재한다. When replacing the 3' end DNA of the chimeric DNA-RNA guide, there is a possibility of degradation of the chimeric DNA-RNA guide by the 3' end DNA exonuclease.
따라서, 3' 말단 DNA 치환된 키메릭 DNA-RNA 가이드의 유전체 교정 효율을 개선하기 위하여, 키메릭 DNA-RNA 가이드의 3' 말단을 포스포로티오에이트(phosphorothioate, PS)로 개량함으로써, 세포내 유전체 교정 효율이 증진될 수 있는지 확인하였다.Therefore, in order to improve the efficiency of genome editing of chimeric DNA-RNA guides with 3' end DNA substitution, the 3' end of the chimeric DNA-RNA guide is modified with phosphorothioate (PS), so that the intracellular genome It was confirmed that the calibration efficiency could be improved.
먼저, 3' 말단에 PS로 개량된 키메릭 DNA-RNA 가이드(표 4)를 사용하여 in vitro에서 DNMT1 유전자내 염기서열 절단을 유도하였다.First, cleavage of the nucleotide sequence in the DNMT1 gene was induced in vitro using a chimeric DNA-RNA guide (Table 4) modified with PS at the 3' end.
그 결과, 3' 말단에 PS로 개량된 가이드를 사용하여도 wild-type RNA 형태의 가이드와 비슷하거나 더 좋은 효율의 절단 활성이 유도된 것으로 확인되었다(도 16). 반면, 비표적 특이적인 절단은 줄어들어 상대적으로 특이성이 증가된 것으로 확인되었다(도 17).As a result, it was confirmed that a cleavage activity similar to or better than that of the wild-type RNA type guide was induced even when the guide modified with PS at the 3' end was used (FIG. 16). On the other hand, it was confirmed that non-target specific cleavage was reduced and the specificity was relatively increased (FIG. 17).
따라서, 3' 말단에 PS로 개량된 키메릭 DNA-RNA 가이드(표 4)를 사용하여, 동일 유전자내 염기서열에 인델을 유도하였다. 구체적으로, HEK293FT 세포주(ATCC)를 DMEM 배지(10% FBS (Gibco)의 DMEM(Gibco))에서 48시간마다 37℃의 5% CO2 조건에서 계대 배양하면서 컨플루언시(confluency) 70%를 유지하였고, 키메릭 세포 형질주입(transfection)시 전기천공(electroporation) 키트(amaxa, V4XC-2032)을 사용하였다. 105 개의 세포를 사용하여 Cpf1-키메릭 가이드 사전 혼합된 복합물과 혼합한 후, 전기천공 버퍼(Cpf1: 60pmol, crRNA: 240pmol) 조건에서 전기 충격(program: CM-130)을 가하였다. 이후, 37℃의 5% CO2 조건에서, 30분간 사전 인큐베이션된 24 웰 플레이트의 DMEM 배지 용액 500㎕에 형질주입된 세포들을 옮기고, 동일한 조건(37℃ 및 5% CO2)에서 배양하였다. 키메릭 RNA-DNA 가이드 및 재조합 AsCpf1 복합체를 세포(HEK293FT) 내부로 전달하고 48시간이 지난 다음, 게놈 DNA 정제(purification) 키트(Qiagen, DNeasy Blood & Tissue Kit)를 사용하여 게놈 DNA를 분리하였다. Therefore, using a chimeric DNA-RNA guide (Table 4) modified with PS at the 3' end, indels were induced in the nucleotide sequence within the same gene. Specifically, the HEK293FT cell line (ATCC) was subcultured in DMEM medium (DMEM (Gibco) with 10% FBS (Gibco)) every 48 hours at 37°C and 5% CO 2 while confluency was 70%. was maintained, and an electroporation kit (amaxa, V4XC-2032) was used for chimeric cell transfection. After mixing with the Cpf1-chimeric guide pre-mixed complex using 10 5 cells, electric shock (program: CM-130) was applied under conditions of electroporation buffer (Cpf1: 60 pmol, crRNA: 240 pmol). Thereafter, the transfected cells were transferred to 500 μl of a DMEM medium solution in a 24-well plate pre-incubated for 30 minutes at 37° C. in 5% CO 2 conditions and cultured under the same conditions (37° C. and 5% CO 2 ). The chimeric RNA-DNA guide and recombinant AsCpf1 complex were delivered into cells (HEK293FT), and 48 hours later, genomic DNA was isolated using a genomic DNA purification kit (Qiagen, DNeasy Blood & Tissue Kit).
게놈 DNA의 유전체 교정 여부를 확인하기 위하여, 각 유전자위에 해당하는 표 5의 DNA 프라이머를 이용하여 PCR 앰플리콘(DNMT1, CCR5, FANCF, GRIN2B, EMX1)을 얻고, PCR 기기로 변성(denature)-재어닐링(reannealing)(98℃에서 25℃까지 1℃씩 점진적인 감소, 20분)을 진행하였다. 정제된 재조합 T7E1 효소(NEB, M0302S)를 이용하여 절단 버퍼(50mM NaCl, 10mM Tris-HCl(pH7.9), 10mM MgCl2, 1mM DTT) 조건에서, 25분 동안 37℃에서 10㎕ 부피로 인큐베이션하였다. 반응 이후, 정지 버퍼(100mM EDTA, 1.2% SDS)를 혼합하여 반응을 중지시키고, 2% 아가로스 젤 전기영동으로 DNA 절단 여부를 확인하여 ImageJ 프로그램으로 교정 효율을 측정하였다.In order to confirm whether genomic DNA is corrected, PCR amplicons ( DNMT1, CCR5, FANCF, GRIN2B, EMX1 ) are obtained using the DNA primers in Table 5 corresponding to each locus, and denatured with a PCR machine. Annealing (reannealing) was performed (gradual decrease by 1 °C from 98 °C to 25 °C, 20 minutes). Incubation using purified recombinant T7E1 enzyme (NEB, M0302S) in a 10 μl volume at 37° C. for 25 minutes in digestion buffer (50 mM NaCl, 10 mM Tris-HCl (pH7.9), 10 mM MgCl 2 , 1 mM DTT) did After the reaction, the reaction was stopped by mixing stop buffer (100 mM EDTA, 1.2% SDS), DNA cleavage was confirmed by 2% agarose gel electrophoresis, and the correction efficiency was measured with ImageJ program.
또한, 표적 유전자의 교정 부위의 정확한 염기서열을 확인하기 위하여 표적 유전자위에 해당하는 표 5의 DNA 프라이머를 이용하여 얻은 PCR 앰플리콘(DNMT1, CCR5, FANCF, GRIN2B, EMX1)에서 nested PCR(변성: 98℃에서 30초, 프라이머 어닐링: 58℃에서 30초, 신장(elongation): 72℃에서 30초, 35 사이클)을 반복하여 adaptor와 index 시퀀스를 앰플리콘 양단에 삽입하였다(변성: 98℃에서 30초, 프라이머 어닐링: 62℃에서 15초, 신장 72℃에서 15초, 35 사이클). 이후 태깅(tagging)된 앰플리콘 혼합물을 제조사의 지침에 따라 mini-SEQ analyzer(illumina MiniSeq system, SY-420-1001)에 로딩하고 targeted deep sequencing을 진행하였다. 저장된 Fastq file은 Cas-Analyzer 코드로 분석되었고 교정 효율(%)을 계산하였다.In addition, in order to confirm the correct nucleotide sequence of the correction site of the target gene , nested PCR (denaturation: 98 °C for 30 sec, primer annealing: 58 °C for 30 sec, elongation: 72 °C for 30 sec, 35 cycles) to insert adapter and index sequences at both ends of the amplicon (denaturation: 98 °C for 30 sec) , Primer annealing: 62°C for 15 sec, elongation 72°C for 15 sec, 35 cycles). Then, the tagged amplicon mixture was loaded into a mini-SEQ analyzer (illumina MiniSeq system, SY-420-1001) according to the manufacturer's instructions, and targeted deep sequencing was performed. The saved Fastq file was analyzed with the Cas-Analyzer code and the calibration efficiency (%) was calculated.
그 결과, 온-타겟 보상 효과가 크게 회복되는 것을 확인하여(도 18 및 도 19), 3' 말단에 개질을 통해 효과를 증진 시킬 수 있음을 확인하였다. 특히, PS 개량된 키메릭 DNA-RNA 가이드의 사용에 의하여 표적 특이성이 향상된 Cpf1 유전자 가위를 세포내에서 효과적으로 작동시킬 수 있는 것으로 확인되었다. As a result, it was confirmed that the on-target compensation effect was greatly restored (FIGS. 18 and 19), and it was confirmed that the effect could be enhanced by modifying the 3' end. In particular, it was confirmed that Cpf1 gene scissors with improved target specificity can be effectively operated in cells by using the PS-modified chimeric DNA-RNA guide.
실시예 6. 플라스미드를 이용한 키메릭 DNA-RNA 가이드 기반 AsCpf1, LbCpf1 및 FnCpf1의 유전자내 DNMT1 표적 염기서열 인델 유도 효율 비교Example 6. Comparison of DNMT1 target sequence indel induction efficiency in genes of AsCpf1, LbCpf1 and FnCpf1 based on chimeric DNA-RNA guide using plasmid
AsCpf1 이외에 다른 미생물종 유래 Cpf1에서도 키메릭 DNA-RNA 가이드가 적용될 수 있는지 확인하였다.In addition to AsCpf1, it was confirmed whether the chimeric DNA-RNA guide could be applied to Cpf1 derived from other microbial species.
구체적으로, LbCpf1, FnCpf1은 AsCpf1과 동일하게 실시예 2의 방법으로, 자체 제작한 발현 플라스미드를 박테리아내에서 발현시켜 단백질 상태로 정제하였다. 또한, 표적 DNMT1 서열을 포함하는 플라스미드는 게놈 DNA상의 염기서열을 그대로 모방하여 준비하였고, 이를 정제한 Cpf1 유전자 가위 단백질과 같이 전기천공법으로 세포내 전달하였으며, 세포내에서 플라스미드에 포함된 표적 DNMT1 서열의 교정을 실시예 2의 차세대 염기서열 분석 방법으로 분석하였다.Specifically, LbCpf1 and FnCpf1 were purified into proteins by expressing self-produced expression plasmids in bacteria in the same manner as in AsCpf1 by the method of Example 2. In addition, the plasmid containing the target DNMT1 sequence was prepared by mimicking the nucleotide sequence on genomic DNA as it is, and delivered intracellularly by electroporation like the purified Cpf1 gene editing protein. The correction of was analyzed by the next-generation sequencing method of Example 2.
그 결과, 표적 염기서열과 비표적 염기서열에 대하여 유사한 절단 패턴이 나타나며(도 20), 표적 특이성 역시 향상된 것으로 확인되었다(도 21).As a result, similar cleavage patterns were observed for the target and non-target sequences (FIG. 20), and it was confirmed that the target specificity was also improved (FIG. 21).
실시예 7. SpCas9 닉카아제(D10A) 혼합 사용에 의한 키메릭 DNA-RNA 가이드 기반 Cpf1 유전자 가위의 세포내 유전체 교정 효율 제고 확인Example 7. Confirmation of improved intracellular genome editing efficiency of chimeric DNA-RNA guide-based Cpf1 gene scissors by using SpCas9 nickase (D10A) mixture
세포내 실제 유전체에서 DNA 이중나선이 히스톤 단백질에 감긴 negative supercoil 형태에 기인하는 것인지 확인하기 위하여, negative supercoil을 제거하고, 유전체 교정 효율을 분석하였다.In order to confirm whether the DNA double helix in the actual genome in cells is due to the negative supercoil form wound around histone proteins, the negative supercoil was removed and the genome editing efficiency was analyzed.
구체적으로, SpCas9 닉카아제(D10A)를 발현하는 플라스미드를 박테리아에 전달해 단백질 형태로 정제한 다음, 표적 서열인 negative supercoil에 해당하는 정제된 가이드 RNA와 혼합하였다. 이를 3' 말단이 개량되지 않은 키메릭 DNA-RNA 가이드 및 3' 말단이 PS 개량된 키메릭 DNA-RNA 가이드와 함께 사용하여, 실시예 5의 방법과 동일한 방법으로 세포내 유전체 교정 효율을 측정하였다(도 22).Specifically, a plasmid expressing SpCas9 nickase (D10A) was delivered to bacteria, purified in protein form, and then mixed with purified guide RNA corresponding to the negative supercoil target sequence. Using this together with a chimeric DNA-RNA guide with unmodified 3' ends and a chimeric DNA-RNA guide with PS-modified 3' ends, the intracellular genome editing efficiency was measured in the same manner as in Example 5. (FIG. 22).
실시예 8. 키메릭 DNA-RNA 가이드의 표적 특이성 비교Example 8. Comparison of target specificity of chimeric DNA-RNA guides
앞서 살핀 방식과 동일하게, 키메릭 DNA-RNA 가이드(crRNA의 3'말단 4nt, 8nt 길이의 연속된 DNA 치환, +4, +8은 치환된 DNA 갯수)를 이용하여 AsCpf1의 DNMT1, GRIN2B, HPRT1, RPL32P3 유전자 염기서열 타겟 표적 특이성을 확인하여, 그 결과를 도 23에 나타내었다. DNMT1, GRIN2B, and HPRT1 of AsCpf1 using chimeric DNA-RNA guides (contiguous DNA substitutions of 4nt and 8nt lengths at the 3' end of crRNA, +4 and +8 are the number of substituted DNAs) in the same way as in the previous salpin method , The target specificity of the RPL32P3 gene nucleotide sequence was confirmed, and the results are shown in FIG. 23 .
도 23의 A 내지 D는 각각 DNMT1, GRIN2B, HPRT1, RPL32P3 유전자 염기서열 타겟 표적 특이성을 확인한 결과를 나타낸다(On/Off1 비율(파란색). 23A to D show the results of confirming the target specificity of the DNMT1, GRIN2B, HPRT1, and RPL32P3 gene sequences, respectively (On/Off1 ratio (blue).
도 23에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 키메릭 DNA-RNA 가이드를 이용하는 경우 우수한 on-target 효율을 나타내었으며, 특히 8개의 DNA 서열을 3'말단에 포함할 때 가장 우수한 효과를 나타내었다. As can be seen in FIG. 23, excellent on-target efficiency was exhibited when using the chimeric DNA-RNA guide according to the present invention, and in particular, the best effect was exhibited when 8 DNA sequences were included at the 3' end. .
실시예 9. 키메릭 DNA-RNA 가이드 사용 플라스미드상 유전자 염기서열에 대한 표적 특이성 조사Example 9. Investigation of target specificity for gene sequences on plasmids using chimeric DNA-RNA guides
본 발명에 따른 키메릭 DNA-RNA 가이드를 이용하는 시스템의 다양한 형태로의 작용 가능성을 확인하기 위하여, 도 24의 A에서와 같이 고등동물 세포내 (예를 들어, HEK293FT) 키메릭 DNA-RNA 기반 AsCpf1 전달시, 플라스미드상 표적/비표적 염기서열 교정 효율 비교할 수 있도록 실험을 수행하였다. In order to confirm the possibility of acting in various forms of the system using the chimeric DNA-RNA guide according to the present invention, as shown in FIG. Upon delivery, an experiment was performed to compare target/off-target sequence editing efficiencies on the plasmid.
구체적으로, DNMT1 및 GRIN2B에 대하여 표적/비표적 염기서열 교정 효율과 표적 특이성에 대한 실험을 위 실시예와 유사하게 수행하였으며, 그 결과를 도 24의 B 내지 E에 나타내었다. Specifically, experiments on target/off-target sequence correction efficiency and target specificity for DNMT1 and GRIN2B were performed similarly to the above examples, and the results are shown in B to E of FIG. 24 .
상기 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이, DNMT1 및 GRIN2B 각각에 대하여 대략 +8의 DNA 개수를 중심으로 우수한 교정 효율 및 특이도를 나타내었다. As can be seen in the figure, excellent proofreading efficiency and specificity were shown for each of DNMT1 and GRIN2B, centering on the number of DNAs of approximately +8.
실시예 10. CCR5 유전자 표적 3' 말단 PS(phosphorothioate) 개량된 키메릭 가이드와 nickase SpCas9 복합사용에 의한 Cas12a(Cpf1) 유전자 교정 활성도Example 10. Cas12a (Cpf1) gene editing activity by combined use of CCR5 gene target 3' terminal PS (phosphorothioate) improved chimeric guide and nickase SpCas9
도 25의 A에서와 같이 고등동물 세포내 (예를 들어, HEK293FT) 키메릭 DNA- 키메릭 DNA-RNA 기반 Cas12a 와 dead/nickase SpCas9 동시전달에 의한 유전체 교정 효율을 확인하기 위하여, 실험을 수행하였다. As shown in FIG. 25A, in order to confirm the efficiency of genome editing by simultaneous delivery of chimeric DNA-chimeric DNA-RNA-based Cas12a and dead/nickase SpCas9 in higher animal cells (eg, HEK293FT), an experiment was performed. .
구체적으로, 도 25의 A와 같이 CCR56 표적 유전자 염기 서열과 in-silico 예측된 비표적 염기서열 정보를 이용하여 실험을 수행하였다.Specifically, as shown in FIG. 25A, experiments were performed using the CCR56 target gene nucleotide sequence and in-silico predicted non-target sequence information.
상기 실험결과를 도 25의 B 내지 C에 나타내었다. 도 25의 B는 키메릭 DNA-RNA 기반 Cas12a 와 nickase SpCas9 동시전달에 의한 NGS 유전체 교정 효율 분석한 결과를 나타낸다( +4DNA: crRNA 3' 말단 4nt DNA 치환, +8DNA: crRNA 3' 말단 8nt DNA 치환, PS: phosphorothioate 를 각각 나타냄). 위 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이, 이들을 모두 포함하였을 때 우수한 효율이 나타남을 확인할 수 있었다. The experimental results are shown in B to C of FIG. 25 . 25B shows the results of analyzing the efficiency of NGS genome editing by co-delivery of chimeric DNA-RNA-based Cas12a and nickase SpCas9 ( +4DNA: crRNA 3' end 4nt DNA substitution, +8DNA: crRNA 3' end 8nt DNA substitution , PS: represents phosphorothioate, respectively). As can be seen from the above results, it was confirmed that excellent efficiency appeared when all of them were included.
또한, dead/nickase SpCas9 복합 처리에 의한 유전체 교정 효율 증가 및 dead/nickase SpCas9 복합 처리에 의한 유전체 교정 특이성 증가 확인 결과를 도 25의 C 에 나타내었다. 해당 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 8개의 DNA 3'말단 서열을 포함하여 표적 3' 말단 PS(phosphorothioate) 개량된 키메릭 가이드와 nickase SpCas9 복합사용에 의할 때, 가장 우수한 효과가 나타남을 확인하였다. In addition, the results of confirming the increase in genome editing efficiency by the dead/nickase SpCas9 complex treatment and the increase in genome editing specificity by the dead/nickase SpCas9 complex treatment are shown in FIG. 25C . As can be seen in the figure, the best effect is obtained by combining the target 3' terminal phosphorothioate (PS) improved chimeric guide with the nickase SpCas9, including the 8 DNA 3' terminal sequences according to the present invention. confirmed to appear.
실시예 11. 바이러스(예를 들어, HIV) 감염병 표적 치료를 위한 유전자 치료제 적용 Example 11. Application of gene therapy for targeted treatment of viral (eg, HIV) infectious diseases
HIV는 레트로 바이러스라는 특성상 이 단백질의 변형 가능성이 높아 제대로 타겟을 잡을 수 없기 때문에 아직까지 완벽한 치료제가 없다. 이에 따라, CRISPR-Cas12a(Cpf1) 유전자 가위를 이용하여 T세포내 CCR5 유전자를 선택적으로 제거, 향후 인체대상 자가 T 세포 교정에 의한 ex-vivo 주입 형태의 효과적인 유전자 치료제의 이용이 가능한지 여부를 확인하였다. Because HIV is a retrovirus, it is highly susceptible to modification of this protein, so it cannot be targeted properly, so there is no perfect cure yet. Accordingly, CRISPR-Cas12a (Cpf1) genetic scissors were used to selectively remove the CCR5 gene in T cells, and it was confirmed whether effective gene therapy in the form of ex-vivo injection by human subject autologous T cell correction could be used in the future. .
구체적으로, 알려진 Cpf1 단백질 중에서 구조적으로 가이드 RNA와 상호작용이 잘 규명된 AsCpf1(Acidaminococcus sp. Cpf1) 재조합 단백질 정제를 위하여 pET28a-Cas12a(AsCpf1) 박테리아 발현 벡터를 E.coli BL21(DE3)종에 형질전환 진행한 후, OD=0.6까지 37˚C에서 배양하였다. IPTG 접종뒤 48시간 후에 박테리아 세포들을 침전하여 배양액을 제거하고, 남은 침전물을 bufferA[20mM Tris-HCl(pH8.0), 300mM NaCl, 10mM β-mercaptoethanol, 1% TritonX-100, 1mM PMSF] 로 재 용해하였다. 이후 sonication을 통하여(ice, 3min) 박테리아 세포막을 부수고, 원심분리(5000rpm, 10min)후 세포 lysate를 harvest하였다. 먼저 bufferB[20mM Tris-HCl(pH8.0), 300nM NaCl] 로 pre-washing 된 Ni-NTA resin과 초음파 파쇄된 세포내 용액을 섞어서 cold room(4C)에서 1시간 30분 동안 교반하였다. 박테리아 세포 침전 이후 bufferB[20mM Tris-HCl(pH8.0), 300nM NaCl]를 사용, 10배 volume으로 washing을 통해 non-specific binding component 들을 제거하고, bufferC[20mM Tris-HCl(pH8.0), 300nM NaCl, 200mM Imidazole]를 사용해 AsCpf1 단백질을 용출하였다. 용출된 단백질은 bufferE[200mM NaCl, 50mM HEPES(pH7.5), 1mM DTT, 40% glycerol]로 centricon(Amicon Ultra,)을 사용하여 교환해주고 -80˚C에 분주하여 보관하였다. 결과적으로 고순도의 DNA 절단 활성이 있는 단백질을 정제하였으며, 그 결과를 도 26에 나타내었다. Specifically, pET28a-Cas12a (AsCpf1) bacterial expression vector was transfected into E.coli BL21 (DE3) species for purification of recombinant protein AsCpf1 (Acidaminococcus sp. After conversion, it was incubated at 37˚C until OD=0.6. 48 hours after IPTG inoculation, bacterial cells were precipitated, the culture medium was removed, and the remaining precipitate was reconstituted with bufferA [20 mM Tris-HCl (pH8.0), 300 mM NaCl, 10 mM β-mercaptoethanol, 1% TritonX-100, 1 mM PMSF]. dissolved. Thereafter, the bacterial cell membrane was broken through sonication (ice, 3 min), and cell lysate was harvested after centrifugation (5000 rpm, 10 min). First, Ni-NTA resin pre-washed with buffer B [20mM Tris-HCl (pH8.0), 300nM NaCl] and sonicated intracellular solution were mixed and stirred for 1 hour and 30 minutes in a cold room (4C). After bacterial cell precipitation, non-specific binding components were removed by washing with 10-fold volume using bufferB [20mM Tris-HCl (pH8.0), 300nM NaCl], and bufferC [20mM Tris-HCl (pH8.0), 300 nM NaCl, 200 mM Imidazole] was used to elute the AsCpf1 protein. The eluted protein was exchanged with bufferE [200mM NaCl, 50mM HEPES (pH7.5), 1mM DTT, 40% glycerol] using centricon (Amicon Ultra,), and then aliquoted and stored at -80˚C. As a result, high-purity proteins having DNA cleavage activity were purified, and the results are shown in FIG. 26 .
도 26에서 확인할 수 있는 바와 같이, Affinity column (Ni-NTA resin)을 이용한 유전자 가위 CRISPR-Cas12a(Cpf1) 재조합 단백질의 정제결과. N-terminus에 (6X)His-tag이 결합된 AsCpf1(Acidaminococcus sp. Cpf1) 과 LbCpf1(Cpf1)을 각각 박테리아 세포 안에서 분리/정제 하여 순도 90% 이상을 가진 활성화된 유전자 가위 단백질을 확보하였다. As can be seen in Figure 26, the result of purification of the gene editing CRISPR-Cas12a (Cpf1) recombinant protein using Affinity column (Ni-NTA resin). AsCpf1 ( Acidaminococcus sp. Cpf1) and LbCpf1 (Cpf1), each of which has a (6X)His-tag attached to the N-terminus, were isolated/purified in bacterial cells to obtain activated gene clipping proteins with a purity of 90% or more.
CCR5 유전자 표적 실험에 필요한 Chimeric DNA-RNA 가이드는 목표 CCR5 유전자 내 타겟으로 하는 염기서열에 맞추어 일괄 합성 주문 제작하였으며 (bioneer), 해당 서열을 아래와 같이 표 6 및 도 27에 나타내었다. The chimeric DNA-RNA guide necessary for the CCR5 gene targeting experiment was custom-made (bioneer) according to the target nucleotide sequence in the target CCR5 gene, and the corresponding sequence is shown in Table 6 and FIG. 27 as follows.
위 표 6 내용에서, 타겟 DNA 유전자 내의 PAM 염기서열(TTTN)은 밑줄로 표시하고, 키메릭 가이드의 DNA 염기서열은 굵은 글씨로 표시하였다. In Table 6 above, the PAM nucleotide sequence (TTTN) in the target DNA gene is underlined, and the DNA nucleotide sequence of the chimeric guide is bold.
또한, 도 27의 A에서 확인할 수 있는 바와 같이, CCR5 유전자의 표적 특이적 제거를 위한 Cpf1 표적 염기서열을 나타내었으며, 붉은색은 PAM(TTTN)염기서열, 노란색은 표적 염기서열을 나타낸다 도 27의 B에서는 CCR5 표적 염기서열(on-target)과 이와 유사한 비표적 염기서열(off-target) 정보를 나타내며, 비표적 염기서열(Off-target)내 가이드 RNA와 mismatch가 생기는 부분은 붉은색으로 표시하였다. In addition, as can be seen in A of FIG. 27, the Cpf1 target nucleotide sequence for target-specific removal of the CCR5 gene is shown, and the red color represents the PAM (TTTN) nucleotide sequence, and the yellow color represents the target nucleotide sequence. In B, the CCR5 target sequence (on-target) and similar off-target sequence (off-target) information are shown, and the part that mismatches with the guide RNA in the off-target sequence is marked in red. .
상기 내용을 기초로 키메릭 DNA-RNA 가이드를 사용한 Cpf1의 동물세포내 CCR5 유전자 표적실험을 수행하였다. 타겟 DNA의 절단 특이성이 높은 특정 chimeric DNA-RNA 가이드를 이용한 Cpf1의 생체내 적용을 위해 세포단계에서 표적 특이적인 유전체 교정이 가능한지 확인해 보았다. 동물세포에서의 키메릭 DNA-RNA 를 이용한 표적특이적 유전체 교정 효율을 확인하기 위해서, HEK293FT (ATCC) 세포주를 배양하였다. 세포주는 DMEM (Gibco) 에 10% FBS (Gibco) 를 첨가한 배양액이 사용되었으며, 37°C, 5% CO2 의 환경에서 매 48시간마다 계대 배양을 통해 배양 플레이트의 70% 밀집도를 유지하였다. 효율적인 핵 내 유전자 가위 벡터의 전달을 위해, 전기천공법 (Electroporation (Lonza, V4XC-2032)) 을 사용하였으며, As/LbCp1 (500ng), nCas9 (D10A (100ng)), crRNA (150 pmol), sgRNA (15 pmol) 로 이루어진 벡터 및 가이드 RNA 를 전달하였다. 전기천공12시간 뒤, 동일한 양의 crRNA와 sgRNA를 2.8 ul의 Lipofectamine 3000 (ThermoFisher) 과 2.0 μl의 P3000 시약을 이용하여 세포 내로 전달하였으며, 동일한 방법과 시간 간격으로 다시 전달하여, 총 2회의 추가적인 가이드 RNA 전달을 진행하였다. 전기천공 후, 72시간 뒤, HEK293FT 세포주의 genomic DNA 를 추출하였음. 추출된 genomic DNA를 이용하여 표적 유전자와 예상된 오프-타겟 (off-target) 유전자 위치를 targeted amplicon sequencing 을 통하여 분석하였다. 저장된 Fastq file은 Cas-Analyzer 코드로 분석되었고 교정 효율(%)이 계산되었다.Based on the above information, a CCR5 gene targeting experiment was performed in animal cells of Cpf1 using a chimeric DNA-RNA guide. For in vivo application of Cpf1 using a specific chimeric DNA-RNA guide with high target DNA cleavage specificity, it was confirmed whether target-specific genome editing is possible at the cell level. In order to confirm the efficiency of target-specific genome editing using chimeric DNA-RNA in animal cells, the HEK293FT (ATCC) cell line was cultured. For the cell line, a culture medium in which 10% FBS (Gibco) was added to DMEM (Gibco) was used, and 70% confluency of the culture plate was maintained through subculture every 48 hours in an environment of 37°C and 5% CO2. Electroporation (Lonza, V4XC-2032) was used for efficient delivery of the gene scissors vector into the nucleus, and As/LbCp1 (500ng), nCas9 (D10A (100ng)), crRNA (150 pmol), sgRNA (15 pmol) vector and guide RNA were delivered. 12 hours after electroporation, the same amount of crRNA and sgRNA was delivered into cells using 2.8 ul of Lipofectamine 3000 (ThermoFisher) and 2.0 μl of P3000 reagent, and delivered again with the same method and time interval, for a total of 2 additional guides. RNA delivery was performed. After electroporation, 72 hours later, genomic DNA of the HEK293FT cell line was extracted. Using the extracted genomic DNA, target genes and expected off-target gene locations were analyzed through targeted amplicon sequencing. The saved Fastq file was analyzed with the Cas-Analyzer code and the calibration efficiency (%) was calculated.
상기 실험 결과를 도 28 및 도 29에 나타내었다. 상기 결과는 키메릭 DNA-RNA 가이드 사용에 의한 Cpf1 유전자 가위의 동물세포내 CCR5 유전자 표적 특이성을 보여준다. The experimental results are shown in FIGS. 28 and 29. The above results show the CCR5 gene targeting specificity in animal cells of Cpf1 gene scissors by using chimeric DNA-RNA guides.
구체적으로, 인체 유래 세포주 (HEK293FT) 내에서 CCR5 유전자내 특정 염기서열(표)을 Cpf1 유전자 가위를 사용하여 표적한 결과 WT crRNA 보다 guide RNA 3' 말단을 DNA 로 치환한 +8DNA crRNA 사용시 nickase를 동시에 처리해 줌으로써 효율을 극대화 하였다 (도 28 A 및 29 A]. 반면 비표적에 절단을 유도하여 Indel을 형성하는 비율은 감소하였다(도 28 B 및 29 B). Specifically, as a result of targeting a specific nucleotide sequence (table) in the CCR5 gene in a human cell line (HEK293FT) using Cpf1 genetic scissors, nickase was simultaneously used when using +8DNA crRNA, in which the 3' end of guide RNA was substituted with DNA rather than WT crRNA The efficiency was maximized by treatment (Figs. 28 A and 29 A). On the other hand, the rate of indel formation by inducing off-target cleavage decreased (Figs. 28 B and 29 B).
또한, 인체 유래 세포주 (HEK293FT) 내에서 CCR5 유전자내 특정 염기서열(표)을 AsCpf1 유전자 가위를 사용하여 표적한 결과 WT crRNA 보다 guide RNA 3' 말단을 DNA 로 치환한 +8DNA crRNA 사용시 표적 특이성이 2배 이상 증가함을 확인하였다(도 28 C). In addition, as a result of targeting a specific nucleotide sequence (table) in the CCR5 gene in a human cell line (HEK293FT) using AsCpf1 genetic scissors, targeting specificity was 2 when using +8DNA crRNA in which the 3' end of guide RNA was substituted with DNA than WT crRNA. It was confirmed that it increased more than twice (FIG. 28 C).
동일 실험을 LbCpf1 유전자 가위를 사용하여 표적한 경우에도 WT crRNA 보다 guide RNA 3' 말단을 DNA 로 치환한 +8DNA crRNA 사용시 표적 특이성이 2배 이상 증가함을 확인하였다(도 29 C).Even when the same experiment was targeted using LbCpf1 genetic scissors, it was confirmed that the targeting specificity increased more than twice as much when +8DNA crRNA in which the 3' end of guide RNA was substituted with DNA was used than WT crRNA (FIG. 29 C).
실시예 12. 발암 유전자 표적 치료를 위한 유전자 치료제 적용 Example 12. Application of gene therapy for oncogenic gene target therapy
인체 내에서 암으로의 진행을 일으킬 수 있는 근원성을 가진 유전자는 발암유전자 (oncogene)로 알려져 있다. 이러한, 원암유전자는 활성산소나 방사선 등에 의하여 돌연변이를 일으켜 발암유전자 (oncogene)로서 성질이 전환되면 제어시스템에 의해 통제되지 않고 끊임없는 세포분열을 일으키며, 이러한 세포분열이 제어불능 상태가 되면서 비정상적으로 세포증식이 이루어져 암을 형성하게 된다. 이에 따라, 비표적 타겟팅이 줄어들어 표적 특이성이 향상된 CRISPR-Cpf1유전자 가위를 사용하여 인간에 암을 유발시키는 발암유전자 (oncogene)를 타겟하여 인체내 필요한 원암 유전자(proto-oncogene) 대비 선택적으로 제거할 수 있음을 확인하기 위해 실험을 수행하였다. Genes with an underlying cause that can cause progression to cancer in the human body are known as oncogenes. These proto-oncogenes are mutated by active oxygen or radiation, and when their properties are converted into oncogenes, they cause endless cell division without being controlled by the control system. They multiply and form cancer. Accordingly, by using CRISPR-Cpf1 gene scissors with improved target specificity due to reduced non-targeting, it is possible to target oncogenes that cause cancer in humans and selectively remove them compared to proto-oncogenes required in the human body. An experiment was conducted to confirm that
구체적으로, 도 30에 나타낸 바와 같이, 정상유전자BRAF 는 자르지 않고 발암유전자 BRAF(1799T>A)만 자를수 있는 표적 특이성이 제고된 Cpf1유전자 가위를 적용하여 암세포 근원인 발암유전자를 제거하여 암세포를 사멸시킬 수 있는지 여부를 확인하였다. Specifically, as shown in FIG. 30, Cpf1 gene scissors with improved target specificity that can cut only the oncogenic gene BRAF (1799T>A) without cutting the normal gene BRAF are applied to kill cancer cells by removing the oncogene that is the source of cancer cells Checked if it could be done.
BRAF 변이 유전자(1799T>A) 표적 실험에 필요한 Chimeric DNA-RNA 가이드는 목표 BRAF 유전자 내 점 돌연변이(1799T>A)를 타겟으로 하는 염기서열에 맞추어 일괄 합성 주문 제작하였으며 (bioneer), 이를 표 7 및 도 31에 나타내었다. The chimeric DNA-RNA guide required for the BRAF mutant gene (1799T>A) target experiment was custom-made (bioneer) for batch synthesis according to the nucleotide sequence targeting the point mutation (1799T>A) in the target BRAF gene, which is shown in Table 7 and 31.
위 표 7 내용에서, 타겟 DNA 유전자 내의 PAM 염기서열(TTTN)은 밑줄로 표시하고, 키메릭 가이드의 DNA 염기서열은 굵은 글씨로 표시하였다. In Table 7 above, the PAM nucleotide sequence (TTTN) in the target DNA gene is underlined, and the DNA nucleotide sequence of the chimeric guide is bold.
도 31에서는 발암성 BRAF 변이 유전자의 표적 특이적 제거를 위한 Cpf1표적 염기서열을 구체적으로 기재하였다. 도 31의 A에서 확인할 수 있는 바와 같이, 오랜지색: CRISPR-Cpf1 유전자 가위의 표적 24nt 염기서열, 파란색: CRISPR-Cpf1 유전자 가위가 표적 인식에 필요한 PAM(TTTN) 염기서열, 붉은색: 정상 유전자(1799T) 내에서 발암성 유전자(1799T>A)로 변이가 일어남에 대해 구체적으로 기재하였다. 또한, 도 31의 B에서 확인할 수 있는 바와 같이, BRAF 유전자내 일어난 점 돌연변이. MT: 변이 유전자(oncogene), WT: 정상 유전자(proto-oncogene)를 기재하였다. In FIG. 31, the Cpf1 target nucleotide sequence for target-specific removal of the oncogenic BRAF mutant gene was specifically described. As can be seen in A of FIG. 31, orange: 24nt nucleotide sequence target of CRISPR-Cpf1 gene scissors, blue: PAM (TTTN) sequence required for target recognition by CRISPR-Cpf1 gene scissors, red: normal gene (1799T ), the occurrence of mutation into an oncogenic gene (1799T>A) was specifically described. In addition, as can be seen in B of FIG. 31, point mutations occurred within the BRAF gene. MT: mutant gene (oncogene), WT: normal gene (proto-oncogene) were described.
in-vitro 수준 발암 유전자 특이적 절단 실험을 수행하였다. In-vitro level oncogene specific cleavage experiments were performed.
정상 BRAF 유전자(1799T)와 발암 유전자 BRAF(1799T>A)에 대하여 wild-type 과 키메릭 DNA-RNA 가이드 (D+8)를 각각 사용한 Cpf1의 절단 효율을 비교분석하기 위하여 in-vitro cleavage assay를 진행하였다. 정상 BRAF 유전자(1799T)와 발암 유전자 BRAF(1799T>A) 각각의 염기서열을 합성하여 T-vector에 삽입하고, 표적 염기서열이 포함된 각각에 대한 PCR 을 진행하여 amplicon을 얻었다. 이후 hBRAF_Mutation_amplicon 2㎍, hBRAF_wild-type_amplicon 2㎍, AsCpf1 혹은 LbCpf1 protein 2.8㎍, crRNA(WT) 600ng 혹은 chimeric DNA-RNA(D+8) 600ng을 cleavage buffer(NEB3.1 buffer, deionized Water up to 10㎕)와 mix하여 37℃incubator에서 1hour incubation 한 이후 agarose 2% gel에서 200V-20min으로 전기영동하여 밴드 양상을 확인하였다. 그리고 나서, ImageJ software로 DNA 절단 효율(cleavage efficiency= cleaved band intensity/ total intensity X100)을 계산 하였다.In order to compare and analyze the cleavage efficiency of Cpf1 using wild-type and chimeric DNA-RNA guides (D+8) for the normal BRAF gene (1799T) and the oncogenic gene BRAF (1799T>A), in-vitro cleavage assay was performed proceeded. Each base sequence of the normal BRAF gene (1799T) and the oncogene BRAF (1799T>A) was synthesized and inserted into a T-vector, and PCR was performed on each containing the target sequence to obtain an amplicon. Afterwards, hBRAF_Mutation_amplicon 2μg, hBRAF_wild-type_amplicon 2μg, AsCpf1 or LbCpf1 protein 2.8μg, crRNA (WT) 600ng or chimeric DNA-RNA (D+8) 600ng were added to cleavage buffer (NEB3.1 buffer, deionized water up to 10μl) After 1 hour incubation in a 37°C incubator, the band pattern was confirmed by electrophoresis at 200V-20min in an
그 결과를 도 32 및 도 33에 나타내었다. The results are shown in FIGS. 32 and 33.
정상 BRAF 유전자(1799T) 대비 발암 유전자 BRAF(1799T>A)의 표적 특이성을 확인하기 위하여 도 32와 같이 발암 유전자 BRAF(1799T>A)와 정상 BRAF 유전자(1799T)에 대하여 wild-type 과 키메릭 DNA-RNA 가이드 (D+8)를 각각 사용한 Cpf1의 절단 효율을 비교분석하였다. In order to confirm the target specificity of the oncogene BRAF (1799T>A) compared to the normal BRAF gene (1799T), as shown in FIG. 32, wild-type and chimeric DNA for the oncogene BRAF (1799T>A) and the normal BRAF gene (1799T) The cleavage efficiency of Cpf1 using each -RNA guide (D+8) was compared and analyzed.
발암 유전자 BRAF(1799T>A)에 대하여 wild-type 과 키메릭 DNA-RNA 가이드 (D+8)를 사용한 Cpf1 유전자 가위의 DNA 절단 효율은 비슷한 정도를 나타내었고, 정상 BRAF 유전자(1799T)에 대해서는 키메릭 DNA-RNA 가이드 (D+8)를 사용하였을 때 DNA 절단 효율이 확연히 줄어듦으로써(도 33 A) 키메릭 DNA-RNA 가이드 (D+8)를 사용한 Cpf1 유전자 가위가 정상 BRAF 유전자(1799T) 대비 발암 유전자 BRAF(1799T>A) 특이성이 증가함을 보여주었다(도 33 B).For the oncogene BRAF (1799T>A), the DNA cleavage efficiency of Cpf1 gene scissors using wild-type and chimeric DNA-RNA guides (D+8) was similar, and for the normal BRAF gene (1799T), When the meric DNA-RNA guide (D + 8) was used, DNA cleavage efficiency was significantly reduced (Fig. 33 A), and thus Cpf1 gene scissors using the chimeric DNA-RNA guide (D + 8) compared to the normal BRAF gene (1799T). The oncogene BRAF(1799T>A) showed an increase in specificity (Fig. 33 B).
실시예 13. 퇴행성 안구 질환 표적 치료를 위한 유전자 치료제 적용 Example 13. Application of gene therapy for targeted treatment of degenerative eye diseases
표적 특이성이 제고된 CRISPR-Cpf1 유전자 가위를 사용하여 혈관생성을 DNA 수준에서 근원적, 국소적으로 억제하는 치료법을 개발하고자, 혈관내피생성인자(VEGFA) 유전자를 직접적으로 타겟하여 DNA 수준에서 근원적으로 제거할 수 있음을 확인하였다. In order to develop a treatment that fundamentally and locally inhibits angiogenesis at the DNA level using CRISPR-Cpf1 genetic scissors with improved target specificity, the vascular endothelial factor (VEGFA) gene is directly targeted and fundamentally removed at the DNA level confirmed that it could be done.
VEGFA 유전자 표적 실험에 필요한 Chimeric DNA-RNA 가이드는 목표 VEGFA 유전자 내 타겟으로 하는 염기서열에 맞추어 일괄 합성 주문 제작하였으며, 이를 이를 표 8 및 도 34에 나타내었다.Chimeric DNA-RNA guides necessary for the VEGFA gene targeting experiment were manufactured according to the target nucleotide sequence in the target VEGFA gene, and were produced to order, which are shown in Table 8 and FIG. 34.
위 표 8 내용에서, 타겟 DNA 유전자 내의 PAM 염기서열(TTTN)은 밑줄로 표시하고, 키메릭 가이드의 DNA 염기서열은 굵은 글씨로 표시하였다. In Table 8 above, the PAM nucleotide sequence (TTTN) in the target DNA gene is underlined, and the DNA nucleotide sequence of the chimeric guide is bold.
또한, 도 34에 VEGFA 유전자의 표적 특이적 제거를 위한 Cpf1 표적 염기서열을 나타내었다. 도 34의 A는 각각 혈관생성내피인자(VEGFA)내 표적 염기서열, 파란색: CRISPR-Cpf1 유전자 가위의 표적 24nt 염기서열, 붉은색: CRISPR-Cpf1 유전자 가위가 표적 인식에 필요한 PAM(TTTN) 염기서열을 나타낸다. 도 34의 B는 각각 VEGFA 표적 염기서열과 유사한 비표적 염기서열, 염기서열내 붉은색으로 표시된 염기서열들은 Cpf1 가이드 염기서열과 다른 mismatch된 염기들을 나타낸다. In addition, FIG. 34 shows the Cpf1 target nucleotide sequence for target-specific deletion of the VEGFA gene. 34A shows the target nucleotide sequence in angiogenic endothelial factor (VEGFA), blue: target 24nt nucleotide sequence of CRISPR-Cpf1 genetic scissors, red: PAM (TTTN) nucleotide sequence required for target recognition by CRISPR-Cpf1 genetic scissors indicates 34B shows off-target nucleotide sequences similar to the VEGFA target nucleotide sequence, and nucleotide sequences marked in red in the nucleotide sequence represent mismatched bases different from the Cpf1 guide sequence.
in-vitro 수준 VEGFA 유전자 특이적 절단 실험을 수행하였다. In-vitro level VEGFA gene specific cleavage experiments were performed.
hVEGFA 표적 염기서열(on-target)와 비표적 염기서열(off-target)에 대하여 wild-type 과 키메릭 DNA-RNA 가이드 (D+8)를 각각 사용한 Cpf1의 절단 효율을 비교분석하기 위하여 in-vitro cleavage assay를 진행하였다. hVEGFA 표적 유전자(on-target)와 비표적 유전자(off-target) 각각의 염기서열을 합성하여 T-vector에 삽입하고, 표적 염기서열이 포함된 각각에 대한 PCR 을 진행하여 amplicon을 얻었다. 이후 hVEGFA_on-target amplicon 600ng, hVEGFA_off-target amplicon 600ng, AsCpf1-FLAG protein 2.8㎍, crRNA(WT) 600ng, crRNA(D+8) 600ng을 cleavage buffer(NEB3.1 buffer, DeIonized Water up to 10㎕)와 mix하여 37℃ incubator에서 1hour incubation 한 이후 agarose 2% gel에서 200V-20min으로 전기영동하여 밴드 양상을 확인하였다. 또한 ImageJ software로 DNA 절단 효율(cleavage efficiency= cleaved band intensity/ total intensity X100)을 계산 하였다.In- An in vitro cleavage assay was performed. Each of the hVEGFA target gene (on-target) and non-target gene (off-target) nucleotide sequences were synthesized and inserted into a T-vector, and PCR was performed on each of the target nucleotide sequences to obtain an amplicon. Then, 600ng of hVEGFA_on-target amplicon, 600ng of hVEGFA_off-target amplicon, 2.8μg of AsCpf1-FLAG protein, 600ng of crRNA(WT), and 600ng of crRNA(D+8) were mixed with cleavage buffer (NEB3.1 buffer, DeIonized Water up to 10μl) After 1 hour incubation in a 37 ℃ incubator by mixing, the band pattern was confirmed by electrophoresis in
표적 VEGFA 유전자에 대한 비표적 특이성을 확인하기 위하여 도 35과 같이 표적 유전자내 염기서열(on-target)과 비표적 염기서열(off-target)에 대하여 wild-type 과 키메릭 DNA-RNA 가이드 (D+8)를 각각 사용한 Cpf1의 절단 효율을 비교분석하였다. In order to confirm off-target specificity for the target VEGFA gene, wild-type and chimeric DNA-RNA guides (D +8) were compared and analyzed for the cleavage efficiency of Cpf1 using each.
표적 유전자내 염기서열(on-target)에 대하여 wild-type 과 키메릭 DNA-RNA 가이드 (D+8)를 사용한 Cpf1 유전자 가위의 DNA 절단 효율은 비슷한 정도를 나타내었고, 비표적 염기서열(off-target)에 대해서는 키메릭 DNA-RNA 가이드 (D+8)를 사용하였을 때 DNA 절단 효율이 확연히 줄어듦으로써(도 36 A), 키메릭 DNA-RNA 가이드 (D+8)를 사용한 Cpf1 유전자 가위가 비표적 염기서열(off-target) 대비 표적 유전자내 염기서열(on-target) 특이성이 증가함을 보여주었다(도 36 B). The DNA cleavage efficiency of Cpf1 gene scissors using wild-type and chimeric DNA-RNA guides (D+8) for the on-target sequence in the target gene was similar, and the off-target sequence (off-target) target), DNA cleavage efficiency was significantly reduced when the chimeric DNA-RNA guide (D + 8) was used (Fig. 36 A), so that Cpf1 gene scissors using the chimeric DNA-RNA guide (D + 8) It was shown that the specificity of the nucleotide sequence (on-target) within the target gene was increased compared to the off-target sequence (FIG. 36 B).
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been examined focusing on the embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent range should be construed as being included in the present invention.
<110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> Composition for Genome Editing or Inhibiting Gene Expression comprising Cpf1 and Chimeric DNA-RNA Guide <130> PN190345 <150> KR 10-2019-0170035 <151> 2019-12-18 <160> 212 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA1_AsCpf1_target DNA <400> 1 tttcctgatg gtccatgtct gttactcg 28 <210> 2 <211> 43 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA1_AsCpf1_guide <400> 2 aauuucuacu cuuguagauc ugauggucca ugucuguuac ucg 43 <210> 3 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA2_AsCpf1_target DNA <400> 3 tttcctgatg gtccatgtct gttactcg 28 <210> 4 <211> 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA2_AsCpf1_chimeric guide <220> <223> Synthetic oligonucleotide <400> 4 aauuucuacu cuuguagauc ugauggucca ugucuguuac tcg 43 <210> 5 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA3_AsCpf1_target DNA <400> 5 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cga 43 <210> 209 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hVEGFA (wt-crRNA)CRISPR-Cas12a(AsCpf1) Target DNA <400> 209 tttctgtcct cagtggtccc aggctgca 28 <210> 210 <211> 43 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hVEGFA (wt-crRNA)CRISPR-Cas12a(AsCpf1) Guide RNA <400> 210 aauuucuacu cuuguagauu guccucagug gucccaggcu gca 43 <210> 211 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hVEGFA (chimeric DNA-RNA)CRISPR-Cas12a(AsCpf1) Target DNA <400> 211 tttctgtcct cagtggtccc aggctgca 28 <210> 212 <211> 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hVEGFA (chimeric DNA-RNA)CRISPR-Cas12a(AsCpf1) Guide Chimeric DNA-RNA <220> <223> Chimeric DNA-RNA(AGGCTGCA) <400> 212 aauuucuacu cuuguagauu guccucagug gucccaggct gca 43 <110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> Composition for Genome Editing or Inhibiting Gene Expression comprising Cpf1 and Chimeric DNA-RNA Guide <130> PN190345 <150> KR 10-2019-0170035 <151> 2019-12-18 <160> 212 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA1_AsCpf1_target DNA <400> 1 tttcctgatg gtccatgtct gttactcg 28 <210> 2 <211> 43 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA1_AsCpf1_guide <400> 2 aauuucuacu cuuguagauc ugauggucca ugucuguuac ucg 43 <210> 3 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_ crRNA2_AsCpf1_target DNA <400> 3 tttcctgatg gtccatgtct gttactcg 28 <210> 4 <211> 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA2_AsCpf1_chimeric guide <220> <223> Synthetic oligonucleotide <400> 4 aauuucuacu cuuguagauc ugauggucca ugucuguuac TCG 43 <210> 5 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial sequence <220> <223> hdnmt1_crila3_ascpf1_target DNA <400> 211> 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA3_AsCpf1_chimeric guide <220> <223> Synthetic oligonucleotide <400> 6 aauuucuacu cuuguagauc ugauggucca ugucugttac tcg 43 <210> 7 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223 > hDNMT1_crRNA3-2_AsCpf1_target DNA <400> 7 tttcctgatg gtccatgtct gttactcg 28 <210> 8 <211> 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA3-2_AsCpf1_chimeric guide <220> <223> Synthetic oligonucleotide <400 > 8 aauuucuacu cuuguagauc ugauggucca ugucugttac tcg 43 <210> 9 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA3-3_AsCpf1_target DNA <400> 9 tttcctgatg gtccatgtct gttactcg 28 <210> 10 <211> 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA3-3_AsCpf1_chimeric guide <220> <223> Synthetic oligonucleotide <400> 10 aauuucuacu cuuguagauc ugauggucca ugucugttac tcg 43 <210> 11 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA3-4_AsCpf1_target DNA <400> 11 tttcctgatg gtccatgtct gttactcg 28 <210> 12 <211> 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA3-4 _AsCpf1_chimeric guide <220> <223> Synthetic oligonucleotide <400> 12 aauuucuacu cuuguagauc ugauggucca ugucugttac tcg 43 <210> 13 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA4_AsCpf1_target DNA <400> 13 tttcc tgatg gtccatgtct gttactcg 28 <210> 14 <211> 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA4_AsCpf1_chimeric guide <220> <223> Synthetic oligonucleotide <400> 14 aauuucuacu cuuguagauc ugauggucca ugtctgttac tcg 43 <210> 15 <211 > 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA5_AsCpf1_target DNA <400> 15 tttcctgatg gtccatgtct gttactcg 28 <210> 16 <211> 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA5_AsCpf1_chimeric guide <220> <223> Synthetic oligonucleotide <400> 16 aauuucuacu cuuguagauc ugauggucca tgtctgttac tcg 43 <210> 17 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA6_AsC pf1_target DNA <400> 17 tttcctgatg gtccatgtct gttactcg 28 <210> 18 <211> 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hDNMT1_crRNA6_AsCpf1_chimeric guide <220> <223> Synthetic oligonucleotide <400> 18 aauuucuacu cuuguagauc 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Sequence <220> <223> hFANCF_crRNA83_AsCpf1_target DNA <400> 103 tttggtgctc aatgaaagga gataaggt 28 <210> 104 <211> 43 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hFANCF_crRNA83_AsCpf1_guide <400> 104 aauuucuacu cuuguagaug ugcucaauga aaggagauaa ggu 43 <210> 105 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <22 3> hFANCF_crRNA84_AsCpf1_target DNA <400> 105 tttggtgctc aatgaaagga gataaggt 28 <210> 106 <211> 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hFANCF_crRNA84_AsCpf1_chimeric guide <220> <223> Synthetic oligonucleotide <400> 106 aauuucuacu cuuguagaug ugcucaauga aaggagauaa ggt 43 <210> 107 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hFANCF_crRNA84-2_AsCpf1_target DNA <400> 107 tttggtgctc aatgaaagga gataaggt 28 <210> 108 <211> 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hFANCF_crRNA84-2_AsCpf1_chimeric guide <220> <223> Synthetic oligonucleotide <400> 108 aauuucuacu cuuguagaug ugcucaauga aaggagataa ggt 43 <210> 109 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence ence <220> <223> hEMX1_crRNA85_AsCpf1_target DNA <400> 109 tttgtcctcc ggttctggaa ccacacct 28 <210> 110 <211> 43 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hEMX1_crRNA85_AsCpf1_guide <4 00> 110 aauuucuacu cuuguagauu ccuccgguuc uggaaccaca ccu 43 <210> 111 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hEMX1_crRNA86_AsCpf1_target DNA <400> 111 tttgtcctcc ggttctggaa ccacacct 28 <210> 112 <211> 43 <212> DNA_RNA <213 > Artificial Sequences <220> <223> hEMX1_crRNA86_AsCpf1_chimeric guide <220> <223> Synthetic oligonucleotide <400> 112 aauuucuacu cuuguagauu ccuccgguuc uggaaccaca cct 43 <210> 113 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hEMX1_crRNA86 -2_AsCpf1_target DNA <400> 113 tttgtcctcc ggttctggaa ccacacct 28 <210> 114 <211> 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hEMX1_crRNA86-2_AsCpf1_chimeric guide <220> <223> Synthetic oligonucleotide <400> 114 aauuucuacu cuuguagauu ccuccgguuc uggaaccaca cct 43 <210> 115 <211> 28 <212> 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<211> 43 <212> RNA < 213> Artificial Sequence <220> <223> hCCR5 (wt-crRNA) CRISPR-Cas12a (AsCpf1) Guide RNA <400> 202 aauuucuacu cuuguagaug ugggcaacau gcuggucauc cuc 43 <210> 203 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hCCR5 (chimeric DNA-RNA)CRISPR-Cas12a(AsCpf1)Target DNA <400> 203 ttttgtgggc aacatgctgg tcatcctc 28 <210> 204 <211> 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hCCR5 (chimeric DNA-RNA)CRISPR-Cas12a(AsCpf1) Guide Chimeric DNA-RNA <220> <223> Chimeric DNA-RNA(TCATCCTC) <400> 204 aauuucuacu cuuguagaug ugggcaacau gcuggtcatc ctc 43 <210> 205 <211 > 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hBRAF (wt-crRNA)CRISPR-Cas12a (AsCpf1) Target DNA <400> 205 ttttttttgg tctagctaca gagaaatctc ga 32 <210> 206 <211> 43 <212 > RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hBRAF (wt-crRNA) CRISPR-Cas12a (AsCpf1) Guid RNA <400> 206 aauuucuacu cuuguagaug gucuagcuac agagaaaucu cga 43 <210> 207 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hBRAF (chimeric DNA-RNACRISPR-Cas12a (AsCpf1) Target DNA <400> 207 ttttttttgg tctagctaca gagaaatctc ga 32 <210> 208 < 211> 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hBRAF (chimeric DNA-RNACRISPR-Cas12a (AsCpf1) Chimeric DNA-RNA <220> <223> Chimeric DNA-RNA (AATCTCGA) <400> 208 aauuucuacu cuuguagaug gucuagcuac agagaaatct cga 43 <210> 209 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hVEGFA (wt-crRNA)CRISPR-Cas12a(AsCpf1) Target DNA <400> 209 tttctgtcct cagtggtcc c aggctgca 28 <210> 210 <211> 43 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hVEGFA (wt-crRNA)CRISPR-Cas12a (AsCpf1) Guide RNA <400> 210 aauuucuacu cuuguagauu guccucagug gucccaggcu gca 43 <210 > 211 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hVEGFA (chimeric DNA-RNA) CRISPR-Cas12a (AsCpf1) Target DNA <400> 211 tttctgtcct cagtggtccc aggctgca 28 <210> 212 <211 > 43 <212> DNA_RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> hVEGFA (chimeric DNA-RNA)CRISPR-Cas12a(AsCpf1) Guide Chimeric DNA-RNA <220> <223> Chimeric DNA-RNA(AGGCTGCA)<400 > 212 aauuucuacu cuuguagauu guccucagug gucccaggct gca 43
Claims (14)
표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하되,
상기 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드는 3' 말단에 6~10개의 DNA가 위치하는 것인, 유전체 교정용 조성물.Cpf1 protein or DNA encoding it; and
A chimeric DNA-RNA guide containing a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same,
The chimeric (chimeric) DNA-RNA guide is a composition for genome editing, in which 6 to 10 DNAs are located at the 3' end.
표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭 DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하되,
상기 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드는 3' 말단에 6~10개의 DNA가 위치하는 것인, 유전자 발현 억제용 조성물.Inactive Cpf1 (dCpf1) protein or DNA encoding it; and
A chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same,
The chimeric (chimeric) DNA-RNA guide is a composition for inhibiting gene expression, in which 6 to 10 DNAs are located at the 3' end.
상기 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드는 3' 말단에 6~10개의 DNA가 위치하는 것인, 약학적 조성물.Cpf1 protein or DNA encoding it; And a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same,
Wherein the chimeric DNA-RNA guide is located at the 3' end of 6 to 10 DNA, the pharmaceutical composition.
상기 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드는 3' 말단에 6~10개의 DNA가 위치하는 것인, 유전 질환, 비유전 질환, 바이러스 감염, 박테리아 감염, 암, 또는 자가 면역 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물. Cpf1 protein or DNA encoding it; And a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same,
The chimeric DNA-RNA guide is for preventing or treating a genetic disease, a non-genetic disease, a viral infection, a bacterial infection, cancer, or an autoimmune disease, in which 6 to 10 DNAs are located at the 3' end. pharmaceutical composition.
표적 서열을 갖고 유전자 산물을 암호화하는 DNA 분자를 함유하고 발현하는, 인간을 제외한 유기체의 분리된 세포 또는 인간을 제외한 유기체의 생체 내 세포에 도입하는 단계를 포함하되,
상기 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드는 3' 말단에 6~10개의 DNA가 위치하는 것인, 유전자 산물의 발현을 변경시키는 방법.Cpf1 protein or DNA encoding it; and a chimeric DNA-RNA guide comprising a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same;
introducing into an isolated cell of a non-human organism or an in vivo cell of a non-human organism that contains and expresses a DNA molecule having a target sequence and encoding a gene product;
The chimeric DNA-RNA guide is a method of altering the expression of a gene product, in which 6 to 10 DNAs are located at the 3' end.
표적 뉴클레오티드(target nucleotide) 서열과 혼성화 가능한 뉴클레오티드 서열을 포함하는 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드 또는 이를 암호화하는 DNA를 포함하되,
상기 키메릭(chimeric) DNA-RNA 가이드는 3' 말단에 6~10개의 DNA가 위치하는 것인, 유전자 검출용 조성물.Cpf1 protein or DNA encoding it; and
A chimeric DNA-RNA guide containing a nucleotide sequence hybridizable with a target nucleotide sequence or a DNA encoding the same,
Wherein the chimeric DNA-RNA guide is located at the 3' end of 6 to 10 DNA, gene detection composition.
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