KR20260007576A - Modified guide RNA - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부위 특이적 유전자 편집 및 유전체 변형, 예컨대 DNA 절단, 유전자 활성화 또는 억제를 위한 변형된 gRNA 분자, 조성물 및 방법에 관한 것이다. 본 변형된 가이드 RNA는 변형된 2차 구조(예를 들어, 긴 상부 스템 및 변형된 헤어핀 구조)를 가지며, 이는 표적 DNA 서열을 특이적으로 표적화하고 오프타겟 활성을 감소시킨다.The present invention relates to modified guide RNA molecules, compositions, and methods for site-specific gene editing and genome modification, such as DNA cleavage, gene activation, or gene suppression. The modified guide RNAs have a modified secondary structure (e.g., a long upper stem and a modified hairpin structure), which allows them to specifically target a target DNA sequence and reduce off-target activity.
Description
본 출원은 2023년 4월 28일 출원된 "변형된 가이드 RNA(Modified guide RNA)"라는 제목의 미국 가출원 제63/462,873호에 대한 우선권을 주장하며; 그 내용은 전문이 참조방식으로 본 명세서에 원용된다.This application claims priority to U.S. Provisional Application No. 63/462,873, filed April 28, 2023, entitled "Modified Guide RNA," the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.
본 출원은 XML 형식으로 전자적으로 제출된 서열 목록과 함께 제출된다. "BEM_020WO1_SL_xml"이라는 제목의 서열 목록이 2024년 4월 26일에 생성되었고, 크기는 63,829바이트이며; 서열 목록의 전자 형식의 정보는 그 전체가 참조방식으로 본 명세서에 원용된다.This application is filed with a sequence listing submitted electronically in XML format. The sequence listing, titled "BEM_020WO1_SL_xml," was created on April 26, 2024, and is 63,829 bytes in size; the information in the electronic format of the sequence listing is incorporated herein by reference in its entirety.
뉴클레이스, Cas9는 유전자 변형을 위해 가이드 RNA(gRNA)라고 하는 작은 RNA 분자에 의해 특정 DNA 서열, 즉, 표적 서열로 가이드된다. CRISPR-Cas9의 활성은 gRNA의 서열과 구조에 따라 달라진다. 완전 가이드 RNA는 tracrRNA(trRNA) 및 crisprRNA(crRNA)를 포함한다. 가이드 영역을 포함하는 crRNA는 trRNA와 공유 결합 또는 비공유 결합될 때 완전한 gRNA를 형성할 수 있다. trRNA 및 crRNA는 단일 가이드 RNA(sgRNA) 내에 또는 두 개의 개별의 RNA 분자에 함유될 수 있다.Nuclease, Cas9, is guided to a specific DNA sequence, i.e., the target sequence, by a small RNA molecule called a guide RNA (gRNA) for genetic modification. The activity of CRISPR-Cas9 depends on the sequence and structure of the gRNA. Complete guide RNAs include tracrRNA (trRNA) and crisprRNA (crRNA). The crRNA, which contains the guide region, can form a complete gRNA when covalently or non-covalently linked to the trRNA. The trRNA and crRNA can be contained within a single guide RNA (sgRNA) or in two separate RNA molecules.
단일 가이드 RNA(sgRNA) 또는 두 개의 개별 crRNA와 tracRNA 분자로서의 가이드 RNA는 공통의 2차 구조, 특히 가이드 RNA의 스캐폴드 서열을 형성한다. 그러나, 가이드 RNA(gRNA) 내 원하지 않는 2차 구조의 형성은 CRISPR-Cas9 시스템을 억제할 수 있다.Guide RNAs, either as a single guide RNA (sgRNA) or as two individual crRNA and tracRNA molecules, form a common secondary structure, particularly the scaffold sequence of the guide RNA. However, the formation of undesired secondary structures within the guide RNA (gRNA) can inhibit the CRISPR-Cas9 system.
안정성 및 온타겟 특이성을 증가시키는 가이드 RNA의 변형이 유용할 것이다.Modifications of guide RNA that increase stability and on-target specificity would be useful.
본 출원은, 다른 것들 중에서도, 부위 특이적 유전자 편집 및 유전체 변형, 예컨대 DNA 절단, 유전자 활성화 또는 억제를 위한 변형된 gRNA 분자, 조성물 및 방법을 제공한다. 본 변형된 가이드 RNA는 변형된 2차 구조(예를 들어, 긴 상부 스템 및 변형된 헤어핀 구조)를 갖는다. 본 명세서에 제공된 변형된 gRNA는 DNA 서열을 특이적으로 표적화하는 능력을 유지하면서도 오프타겟 활성을 감소시킨다.The present application provides, among other things, modified gRNA molecules, compositions, and methods for site-specific gene editing and genome modification, such as DNA cleavage, gene activation, or gene suppression. The modified guide RNAs have modified secondary structures ( e.g., a long upper stem and a modified hairpin structure). The modified gRNAs provided herein reduce off-target activity while retaining the ability to specifically target DNA sequences.
한 측면에서, 본 발명은 유전체 편집, 예를 들어, 1차 세포 내(예를 들어, 생체 외 치료에서의 용도를 위한 배양된 시험관 내) 또는 인간과 같은 대상체의 세포 내 표적 핵산의 편집을 강화하는 변형된 단일 가이드 RNA(sgRNA)를 사용하는 것을 포함한다. 본 발명은 또한 질병과 관련된 표적 유전자의 돌연변이를 교정하기 위해 정밀한 유전체 편집을 향상시켜 대상체의 질병을 치료하기 위한 방법을 제공한다. 본 발명은 뉴클레이스 매개 유전체 편집 기술에 적합한 모든 세포 유형 및 모든 유전자좌에 사용될 수 있다.In one aspect, the present invention encompasses the use of modified single guide RNAs (sgRNAs) to enhance genome editing, for example, editing of target nucleic acids within primary cells (e.g., in cultured test tubes for ex vivo therapeutic applications) or within cells of a subject, such as a human. The present invention also provides methods for treating a disease in a subject by enhancing precise genome editing to correct mutations in target genes associated with the disease. The present invention can be used in any cell type and any genetic locus suitable for nuclease-mediated genome editing technology.
일 측면에서, 본 발명은 상보적인 뉴클레오타이드에 의해 형성된 4개 이상의 염기쌍을 포함하는 긴(또는 연장된) 상부 스템을 포함하는 변형된 가이드 RNA(gRNA)를 제공하되, 상부 스템의 하나 이상의 또는 모든 뉴클레오타이드는 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드이다. 일부 구현예에서, 긴(또는 연장된) 상부 스템은 상보적인 뉴클레오타이드에 의해 형성된 4 내지 8개의 염기쌍을 포함하되, 상부 스템의 하나 이상의 또는 모든 뉴클레오타이드는 변형된 뉴클레오타이드이다. 한 구현예에서, 연장된 상부 스템의 뉴클레오타이드는 모두 화학적으로 변형된다.In one aspect, the present invention provides a modified guide RNA (gRNA) comprising a long (or extended) upstream stem comprising at least four base pairs formed by complementary nucleotides, wherein one or more or all nucleotides of the upstream stem are chemically modified nucleotides. In some embodiments, the long (or extended) upper stem comprises 4 to 8 base pairs formed by complementary nucleotides, wherein one or more or all nucleotides of the upper stem are modified nucleotides. In one embodiment, all nucleotides of the extended upper stem are chemically modified.
일부 구현예에서, 변형된 gRNA는 상보적인 뉴클레오타이드에 의해 형성된 5 내지 15개의 염기쌍을 포함하는 긴 상부 스템 영역을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 5개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 6개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 7개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 8개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 9개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 10개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 11개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 12개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 13개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드에 의해 형성된 14개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 15개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 15 내지 20개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 20 내지 200개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 20 내지 40, 40 내지 80, 80 내지 120, 120 내지 160 또는 160 내지 200개의 염기쌍을 포함한다.In some embodiments, the modified gRNA comprises a long upstream stem region comprising 5 to 15 base pairs formed by complementary nucleotides. In one embodiment, the long upstream stem region comprises 5 base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises 6 base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises 7 base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises 8 base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises nine base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises ten base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises eleven base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises twelve base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises thirteen base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises 14 base pairs formed by complementary nucleotides. In one embodiment, the long upstream stem region comprises 15 base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises 15 to 20 base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises 20 to 200 base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upper stem region comprises 20 to 40, 40 to 80, 80 to 120, 120 to 160, or 160 to 200 base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides).
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 변형된 gRNA의 상부 스템의 모든 뉴클레오타이드는 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드이다. 다른 구현예에서, 변형된 gRNA의 상부 스템의 뉴클레오타이드 중 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90% 또는 적어도 95%는 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드이다.In some embodiments, all nucleotides in the upstream stem of a modified gRNA described herein are chemically modified nucleotides. In other embodiments, at least 80%, at least 85%, at least 90%, or at least 95% of the nucleotides in the upstream stem of the modified gRNA are chemically modified nucleotides.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 변형된 gRNA는 헤어핀 1 및 헤어핀 2 영역 내에 하나 이상의 변형된 뉴클레오타이드를 추가로 포함한다. 일부 구현예에서, 헤어핀 1 및 2 영역 내 모든 뉴클레오타이드는 변형된 뉴클레오타이드이다. 다른 구현예에서, 변형된 gRNA의 헤어핀 1 및 2 영역 내 뉴클레오타이드 중 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90% 또는 적어도 95%는 변형된 뉴클레오타이드이다.In some embodiments, the modified gRNA described herein further comprises one or more modified nucleotides within the hairpin 1 and hairpin 2 regions. In some embodiments, all nucleotides within the hairpin 1 and 2 regions are modified nucleotides. In other embodiments, at least 80%, at least 85%, at least 90%, or at least 95% of the nucleotides within the hairpin 1 and 2 regions of the modified gRNA are modified nucleotides.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 변형된 gRNA는 변형된 안정한 헤어핀 1 영역을 추가로 포함하되, 변형된 안정한 헤어핀 1 영역은 4개 이상의 염기쌍을 포함하는 연장된 스템 영역을 포함하고 헤어핀 1의 루프는 잠금 핵산을 포함한다. 일부 구현예에서, 변형된 안정한 헤어핀의 연장된 스템 영역은 8개의 염기쌍을 포함한다.In some embodiments, the modified gRNA described herein further comprises a modified stable hairpin 1 region, wherein the modified stable hairpin 1 region comprises an extended stem region comprising at least four base pairs, and the loop of the hairpin 1 comprises a locked nucleic acid. In some embodiments, the extended stem region of the modified stable hairpin comprises eight base pairs.
한 구현예에서, 본 발명은 GUUUUAGA NxnGAAA NynAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 23)의 서열을 포함하는 단일 가이드 RNA(sgRNA)를 제공하되, Nxn 및 Nyn은 동일한 수의 뉴클레오타이드를 가지며 염기쌍을 형성하는 상보적인 뉴클레오타이드이고, Nxn 및 Nyn의 뉴클레오타이드는 골격 변형된 뉴클레오타이드이고, n은 5 내지 15의 정수이다. 일부 구현예에서, GAAA는 헤어핀 구조를 잠그는 데 사용되는 GNRA 테트라루프이다. 다른 GNRA 테트라루프는 GUGA, GCAA, GAGA, GUAA, GGGA, GCGA, 및 GGAA를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 구현예에서, 또 다른 RNA 테트라루프 UNCG는 헤어핀 구조를 잠그는 sgRNA에 통합된다. 예시적인 UNCG 테트라루프는 UUCG, UACG, UCCG, 및 UGCG를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 구현예에서, sgRNA의 5' 및 3' 말단 뉴클레오타이드는 골격 변형된 뉴클레오타이드이다. 비제한적인 예로서, sgRNA는 GUUUUAGA m(Nxn)mGmAmAmA m(Nyn)AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU(서열번호 24)의 서열을 포함하되, "m"은 2'-OMe 변형을 나타낸다.In one embodiment, the present invention provides GUUUUAGA N xn GAAA A single guide RNA (sgRNA) comprising the sequence Ny n AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 23) is provided, wherein N xn and N yn are complementary nucleotides having the same number of nucleotides and forming base pairs, the nucleotides of N xn and N yn are backbone modified nucleotides, and n is an integer from 5 to 15. In some embodiments, GAAA is a GNRA tetraloop used to lock a hairpin structure. Other GNRA tetraloops include, but are not limited to, GUGA, GCAA, GAGA, GUAA, GGGA, GCGA, and GGAA. In some embodiments, another RNA tetraloop UNCG is incorporated into the sgRNA that locks the hairpin structure. Exemplary UNCG tetraloops include, but are not limited to, UUCG, UACG, UCCG, and UGCG. In some embodiments, the 5' and 3' terminal nucleotides of the sgRNA are backbone modified nucleotides. As a non-limiting example, the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGA m(N xn )mGmAmAmA m( Nyn)AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmGmAmGmUmGmUmCmGmUmGmCmUmUmUmU (SEQ ID NO: 24), wherein "m" represents a 2'-OMe modification.
일부 예에서, Nx 및 Ny는 각각 상보적인 뉴클레오타이드이고 sgRNA의 상부 스템 영역을 형성하는 5개의 뉴클레오타이드를 포함하고, sgRNA는 GUUUUAGANxNxNxNxNxGAAANyNyNyNyNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 2)의 서열을 포함한다. 일부 예에서, Nx 및 Ny 뉴클레오타이드의 각각은 골격 변형된다. 비제한적인 예로서, sgRNA는 GUUUUAGAmNxmNxmNxmNxmNxmGmAmAmAmNymNymNymNymNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU(서열번호 25)의 서열을 포함하되, "m"은 2'-OMe 변형을 나타낸다. In some examples, Nx and Ny are each complementary nucleotides and comprise 5 nucleotides forming an upstream stem region of the sgRNA, and the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAN x N x N x N x N x GAAAN y N y N y N y N y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 2). In some examples, each of the Nx and Ny nucleotides is backbone modified. As a non-limiting example, the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAmNxmNxmNxmNxmNxmGmAmAmAmNymNymNymNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU (SEQ ID NO: 25), wherein “m” represents a 2’-OMe modification .
일부 예에서, Nx 및 Ny는 각각 상보적인 뉴클레오타이드이고 sgRNA의 상부 스템 영역을 형성하는 6개의 뉴클레오타이드를 포함하고, sgRNA는 GUUUUAGANxNxNxNxNxNxGAAANyNyNyNyNyNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 3)의 서열을 포함한다. 일부 예에서, Nx 및 Ny 뉴클레오타이드의 각각은 골격 변형된다. 비제한적인 예로서, sgRNA는 GUUUUAGAmNxmNxmNxmNxmNxmNxmGmAmAmAmNymNymNymNymNymNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU(서열번호 26)의 서열을 포함하되, "m"은 2'-OMe 변형을 나타낸다.In some examples, Nx and Ny are each complementary nucleotides and comprise six nucleotides forming an upstream stem region of the sgRNA, and the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAN x N x N x N x N x N x GAAAN y N y N y N y N y N y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 3). In some examples, each of the Nx and Ny nucleotides is backbone modified. As a non-limiting example, the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAmN x mN x mN x mN x mN x mN x mGmAmAmAmN y mN y mN y mN y mN y mN y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU (SEQ ID NO: 26), wherein “m” represents a 2’-OMe modification.
일부 예에서, Nx 및 Ny는 각각 상보적인 뉴클레오타이드이고 sgRNA의 상부 스템 영역을 형성하는 7개의 뉴클레오타이드를 포함하고, sgRNA는 GUUUUAGANxNxNxNxNxNxNxGAAANyNyNyNyNyNyNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 4)의 서열을 포함한다. 일부 예에서, Nx 및 Ny 뉴클레오타이드의 각각은 골격 변형된다. 비제한적인 예로서, sgRNA는 GUUUUAGAmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmGmAmAmAmNymNymNymNymNymNymNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU(서열번호 27)의 서열을 포함하되, "m"은 2'-OMe 변형을 나타낸다.In some examples, Nx and Ny are each complementary nucleotides and comprise 7 nucleotides forming an upstream stem region of the sgRNA, and the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAN x N x N x N x N x N x N x GAAAN y N y N y N y N y N y N y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 4). In some examples, each of the Nx and Ny nucleotides is backbone modified. As a non-limiting example, the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAmN x mN x mN x mN x mN x mN x mGmAmAmAmN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU (SEQ ID NO: 27), wherein “m” represents a 2’-OMe modification.
일부 예에서, Nx 및 Ny는 각각 상보적인 뉴클레오타이드이고 sgRNA의 상기 상부 스템 영역을 형성하는 8개의 뉴클레오타이드를 포함하고, sgRNA는 GUUUUAGANxNxNxNxNxNxNxNxGAAANyNyNyNyNyNyNyNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 5)의 서열을 포함한다. 일부 예에서, Nx 및 Ny 뉴클레오타이드의 각각은 골격 변형된다. 비제한적인 예로서, sgRNA는 GUUUUAGAmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmGmAmAmAmNymNymNymNymNymNymNymNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCUmUmUmU(서열번호 28)의 서열을 포함하되, "m"은 2'-OMe 변형을 나타낸다.In some examples, Nx and Ny are each complementary nucleotides and comprise eight nucleotides forming the upper stem region of the sgRNA, and the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAN x N x N x N x N x N x N x N x GAAAN y N y N y N y N y N y N y N y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 5). In some examples, each of the Nx and Ny nucleotides is backbone modified. As a non-limiting example, the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAmN x mN x mN x mN x mN x mN x mN x mGmAmAmAmN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCUmUmUmU (SEQ ID NO: 28), wherein “m” represents a 2’-OMe modification.
일부 예에서, Nx 및 Ny는 각각 상보적인 뉴클레오타이드이고 sgRNA의 상부 스템 영역을 형성하는 9개의 뉴클레오타이드를 포함하고, sgRNA는 GUUUUAGANxNxNxNxNxNxNxNxNxGAAANyNyNyNyNyNyNyNyNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 6)의 서열을 포함한다. 일부 예에서, Nx 및 Ny 뉴클레오타이드의 각각은 골격 변형된다. 비제한적인 예로서, sgRNA는 GUUUUAGAmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmGmAmAmAmNymNymNymNymNymNymNymNymNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU(서열번호 29)의 서열을 포함하되, "m"은 2'-OMe 변형을 나타낸다.In some examples, Nx and Ny are each complementary nucleotides and comprise nine nucleotides forming an upstream stem region of the sgRNA, and the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAN x N x N x N x N x N x N x N x N x N x GAAAN y N y N y N y N y N y N y N y N y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 6). In some examples, each of the Nx and Ny nucleotides is backbone modified. As a non-limiting example, the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAmN x mN x mN x mN x mN x mN x mN x mN x mGmAmAmAmN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmGmAmGmUmCmGmUmGmCmUmUmUmU (SEQ ID NO: 29), wherein “m” represents a 2’-OMe modification.
일부 예에서, Nx 및 Ny는 각각 상보적인 뉴클레오타이드이고 sgRNA의 상부 스템 영역을 형성하는 10개의 뉴클레오타이드를 포함하고, sgRNA는 GUUUUAGANxNxNxNxNxNxNxNxNxNxGAAANyNyNyNyNyNyNyNyNyNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 7)의 서열을 포함한다. 일부 예에서, Nx 및 Ny 뉴클레오타이드의 각각은 골격 변형된다. 비제한적인 예로서, sgRNA는 GUUUUAGAmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmGmAmAmAmNymNymNymNymNymNymNymNymNymNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU(서열번호 30)의 서열을 포함하되, "m"은 2'-OMe변형을 나타낸다.In some examples, Nx and Ny are each complementary nucleotides and comprise 10 nucleotides forming an upstream stem region of the sgRNA, and the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAN x N x N x N x N x N x N x N x N x N x N x GAAAN y N y N y N y N y N y N y N y N y N y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 7). In some examples, each of the Nx and Ny nucleotides is backbone modified. As a non-limiting example, the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAmN x mN x mN x mN x mN x mN x mN x mN x mN x mGmAmAmAmN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmGmAmGmUmCmGmUmGmCmUmUmUmU (SEQ ID NO: 30), wherein “m” represents a 2’-OMe modification.
한 구현예에서, 본 발명은 GUUUUAGAGCGCGGAAACGCGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 8)의 서열을 포함하는 sgRNA를 제공한다. 한 구현예에서, 본 발명은 GUUUUAGAmGmCmGmCmGmGmAmAmAmCmGmCmGmCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU(서열번호 31)의 서열을 포함하는 sgRNA를 제공하되, "m"은 2'-OMe 변형을 나타낸다.In one embodiment, the invention provides an sgRNA comprising the sequence GUUUUAGAGCGCGGAAACGCGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 8). In one embodiment, the invention provides an sgRNA comprising the sequence GUUUUAGAmGmCmGmCmGmGmAmAmAmCmGmCmGmCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmUmGmCmUmUmUmU (SEQ ID NO: 31), wherein "m" represents a 2'-OMe modification.
또 다른 구현예에서, 본 발명의 sgRNA는 GUUUUAGAGCCGGCGGAAACGCCGGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 9)의 서열을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 본 발명의 sgRNA는 GUUUUAGAmGmCmCmGmGmCmGmGmAmAmAmCmGmCmCmGmGmCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU(서열번호 32)의 서열을 포함하되, "m"은 2'-OMe 변형을 나타낸다.In another embodiment, the sgRNA of the present invention comprises the sequence of GUUUUAGAGCCGGCGGAAACGCCGGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 9). In another embodiment, the sgRNA of the present invention comprises the sequence of GUUUUAGAmGmCmCmGmGmCmGmGmAmAmAmCmGmCmCmGmGmCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmGmUmCmGmUmGmCmUmUmU (SEQ ID NO: 32), wherein "m" represents a 2'-OMe modification.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 sgRNA의 헤어핀 1 및 헤어핀 2 영역 내 하나 이상의 뉴클레오타이드는 변형된 뉴클레오타이드이다. 다른 구현예에서, 본 명세서에 기술된 sgRNA의 헤어핀 1 및 헤어핀 2 영역 내 모든 뉴클레오타이드는 변형된 뉴클레오타이드이다. 일부 구현예에서, sgRNA의 헤어핀 1의 루프는 2'-O-메틸 변형 뉴클레오타이드(예를 들어, 2'-O-메틸 3'-포스포로싸이오에이트(MS) 뉴클레오타이드, 2'-O-메틸 3'-싸이오PACE(MSP) 뉴클레오타이드), 2'-F 변형 뉴클레오타이드, 잠금 핵산, MOE(메톡시에틸), 접합을 위해 작용기화된 DNA 뉴클레오타이드, 및 이들의 조합을 포함한다.In some embodiments, one or more nucleotides within the hairpin 1 and hairpin 2 regions of an sgRNA described herein are modified nucleotides. In other embodiments, all nucleotides within the hairpin 1 and hairpin 2 regions of an sgRNA described herein are modified nucleotides. In some embodiments, the loop of hairpin 1 of an sgRNA comprises a 2'-O-methyl modified nucleotide (e.g., a 2'-O-methyl 3'-phosphorothioate (MS) nucleotide, a 2'-O-methyl 3'-thioPACE (MSP) nucleotide), a 2'-F modified nucleotide, a locked nucleic acid, MOE (methoxyethyl), a DNA nucleotide functionalized for conjugation, and combinations thereof.
일부 구현예에서, 본 발명은 GUUUUAGANxnGAAANynAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 10)의 서열을 포함하는 단일 가이드 RNA(sgRNA)를 제공하되, Nxn 및 Nyn은 동일한 수의 뉴클레오타이드를 가지며 염기쌍을 형성하는 상보적인 뉴클레오타이드이고, Nxn 및 Nyn의 뉴클레오타이드는 변형된 뉴클레오타이드이고, n은 5 내지 15의 정수, 예를 들어 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 및 15이다. 일부 구현예에서, Nxn 및 Nyn 뉴클레오타이드는 2'-O-메틸 변형 뉴클레오타이드이다. 한 예에서, sgRNA는 GUUUUAGAm(Nxn)mGmAmAmAm(Nyn)AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmAmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU(서열번호 33)의 서열을 포함하되, "m"은 2'-OMe 변형을 나타낸다.In some embodiments, the present invention provides a single guide RNA (sgRNA) comprising the sequence GUUUUAGAN xn GAAAN yn AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 10), wherein N xn and N yn are complementary nucleotides having the same number of nucleotides and forming base pairs, the nucleotides of N xn and N yn are modified nucleotides, and n is an integer from 5 to 15, for example, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, and 15. In some embodiments, the N xn and N yn nucleotides are 2'-O-methyl modified nucleotides. In one example, the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAm(N xn )mGmAmAmAm(Nyn)AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmAmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmUmGmCmUmUmUmU (SEQ ID NO: 33), wherein “m” represents a 2’-OMe modification.
일부 예에서, Nx 및 Ny는 각각 상보적인 뉴클레오타이드이고 sgRNA의 상부 스템 영역을 형성하는 5개의 뉴클레오타이드를 포함하고, sgRNA는 GUUUUAGANxNxNxNxNxGAAANyNyNyNyNy AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 11)의 서열을 포함한다. 일부 구현예에서, Nx 및 Ny 뉴클레오타이드의 각각은 골격 변형된다. 비제한적인 예로서, sgRNA는 GUUUUAGAmNxmNxmNxmNxmNxmGmAmAmAmNymNymNymNymNy AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmAmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU(서열번호 34)의 서열을 포함하되, "m"은 2'-O-메틸 변형을 나타낸다.In some examples, Nx and Ny are each complementary nucleotides and comprise 5 nucleotides forming an upstream stem region of the sgRNA, and the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAN x N x N x N x N x GAAAN y N y N y N y N y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 11). In some embodiments, each of the Nx and Ny nucleotides is backbone modified. As a non-limiting example, the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAmN x mN x mN x mN x mN x mGmAmAmN y mN y mN y mN y mN y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmAmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmUmGmCmUmUmUmU (SEQ ID NO: 34), wherein “m” represents a 2’-O-methyl modification.
일부 예에서, Nx 및 Ny는 각각 상보적인 뉴클레오타이드이고 sgRNA의 상부 스템 영역을 형성하는 6개의 뉴클레오타이드를 포함하고, sgRNA는 GUUUUAGANxNxNxNxNxNxGAAANyNyNyNyNyNy AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 12)의 서열을 포함한다. 일부 구현예에서, Nx 및 Ny 뉴클레오타이드의 각각은 골격 변형된다. 비제한적인 예로서, sgRNA는 GUUUUAGAmNxmNxmNxmNxmNxmNxmGmAmAmAmNymNymNymNymNymNy AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmAmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU(서열번호 35)의 서열을 포함하되, "m"은 2'-OMe 변형을 나타낸다.In some examples, Nx and Ny are each complementary nucleotides and comprise six nucleotides forming an upstream stem region of the sgRNA, and the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAN x N x N x N x N x N x GAAAN y N y N y N y N y N y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 12). In some embodiments, each of the Nx and Ny nucleotides is backbone modified. As a non-limiting example, the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAmN x mN x mN x mN x mN x mN x mGmAmAmN y mN y mN y mN y mN y mN y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmAmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmUmGmCmUmUmUmU (SEQ ID NO: 35), wherein “m” represents a 2’-OMe modification.
일부 예에서, Nx 및 Ny는 각각 상보적인 뉴클레오타이드이고 sgRNA의 상기 상부 스템 영역을 형성하는 7개의 뉴클레오타이드를 포함하고, sgRNA는 GUUUUAGANxNxNxNxNxNxNxGAAANyNyNyNyNyNyNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 13)의 서열을 포함한다. 일부 구현예에서, Nx 및 Ny 뉴클레오타이드의 각각은 골격 변형된다. 비제한적인 예로서, sgRNA는 GUUUUAGAmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmGmAmAmAmNymNymNymNymNymNymNy AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmAmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU(서열번호 36)의 서열을 포함하되, "m"은 2'-OMe 변형을 나타낸다.In some examples, Nx and Ny are each complementary nucleotides and comprise 7 nucleotides forming the upper stem region of the sgRNA, and the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAN x N x N x N x N x N x N x GAAAN y N y N y N y N y N y N y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 13). In some embodiments, each of the Nx and Ny nucleotides is backbone modified. As a non-limiting example, the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAmN x mN x mN x mN x mN x mN x mN x mGmAmAmN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmAmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmGmGmCmAmCmGmAmGmUmCmGmUmGmCmUmUmUmU (SEQ ID NO: 36), wherein “m” represents a 2’-OMe modification.
일부 예에서, Nx 및 Ny는 각각 상보적인 뉴클레오타이드이고 sgRNA의 상기 상부 스템 영역을 형성하는 8개의 뉴클레오타이드를 포함하고, sgRNA는 GUUUUAGANxNxNxNxNxNxNxNxGAAANyNyNyNyNyNyNyNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 14)의 서열을 포함한다. 일부 구현예에서, Nx 및 Ny 뉴클레오타이드의 각각은 골격 변형된다. 비제한적인 예로서, sgRNA는 GUUUUAGAmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmGmAmAmAmNymNymNymNymNymNymNymNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmAmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU(서열번호 37)의 서열을 포함하되, "m"은 2'-OMe 변형을 나타낸다.In some examples, Nx and Ny are each complementary nucleotides and comprise eight nucleotides forming the upper stem region of the sgRNA, and the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAN x N x N x N x N x N x N x N x GAAAN y N y N y N y N y N y N y N y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 14). In some embodiments, each of the Nx and Ny nucleotides is backbone modified. As a non-limiting example, the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAmN x mN x mN x mN x mN x mN x mN x mGmAmAmN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmAmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmUmGmCmUmUmUmU (SEQ ID NO: 37), wherein “m” represents a 2’-OMe modification.
일부 예에서, Nx 및 Ny는 각각 상보적인 뉴클레오타이드이고 sgRNA의 상부 스템 영역을 형성하는 9개의 뉴클레오타이드를 포함하고, sgRNA는 GUUUUAGANxNxNxNxNxNxNxNxNxGAAANyNyNyNyNyNyNyNyNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 15)의 서열을 포함한다. 일부 구현예에서, Nx 및 Ny 뉴클레오타이드의 각각은 골격 변형된다. 비제한적인 예로서, sgRNA는 GUUUUAGAmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmGmAmAmAmNymNymNymNymNymNymNymNymNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmAmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU(서열번호 38)의 서열을 포함하되, "m"은 2'-OMe 변형을 나타낸다.In some examples, Nx and Ny are each complementary nucleotides and comprise nine nucleotides forming an upstream stem region of the sgRNA, and the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAN x N x N x N x N x N x N x N x N x N x GAAAN y N y N y N y N y N y N y N y N y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 15). In some embodiments, each of the Nx and Ny nucleotides is backbone modified. As a non-limiting example, the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAmN x mN x mN x mN x mN x mN x mN x mN x mGmAmAmAmN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmAmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmUmGmCmUmUmUmU (SEQ ID NO: 38), wherein “m” represents a 2’-OMe modification.
일부 예에서, Nx 및 Ny는 각각 상보적인 뉴클레오타이드이고 sgRNA의 상부 스템 영역을 형성하는 10개의 뉴클레오타이드를 포함하고, sgRNA는 GUUUUAGANxNxNxNxNxNxNxNxNxNxGAAANyNyNyNyNy NyNyNyNyNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 16)의 서열을 포함한다. 일부 구현예에서, Nx 및 Ny 뉴클레오타이드의 각각은 골격 변형된다. 비제한적인 예로서, sgRNA는 GUUUUAGAmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmNxmGmAmAmAmNymNymNymNymNymNymNymNymNyAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmmNyAmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU(서열번호 39)의 서열을 포함하되, "m"은 2'-OMe변형을 나타낸다.In some examples, Nx and Ny are each complementary nucleotides and comprise 10 nucleotides forming an upstream stem region of the sgRNA, and the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAN x N x N x N x N x N x N x N x N x N x N x GAAAN y N y N y N y N y N y N y N y N y N y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 16). In some embodiments, each of the Nx and Ny nucleotides is backbone modified. As a non-limiting example, the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAmN x mN x mN x mN x mN x mN x mN x mN x mN x mGmAmAmAmN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y mN y AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmmN y AmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmGmUmGmCmUmUmUmU (SEQ ID NO: 39), wherein “m” represents a 2’-OMe modification.
한 구현예에서, 본 명세서에 기술된 sgRNA는 GUUUUAGAGCCGGCGGAAACGCCGGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUUUUU(서열번호 17)의 서열을 포함한다. 일부 구현예에서, sgRNA는 골격 변형된 뉴클레오타이드를 포함한다. 비제한적인 예로서, sgRNA는 GUUUUAGAmGmCmCmGmGmCmGmGmAmAmAmCmGmCmCmGmGmCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmAmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmUmUmUmU(서열번호 40)의 서열을 포함한다(m = 2'-OMe 변형).In one embodiment, the sgRNA described herein comprises the sequence GUUUUAGAGCCGGCGGAAACGCCGGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUUUUU (SEQ ID NO: 17). In some embodiments, the sgRNA comprises a backbone modified nucleotide. As a non-limiting example, the sgRNA comprises the sequence GUUUUAGAmGmCmCmGmGmCmGmGmAmAmCmGmCmCmGmGmCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCmAmAmCmUmUmGmGmAmCmUmUmUmGmGmUmCmCmAmAmGmUmUmUmU (SEQ ID NO: 40) (m = 2'-OMe modification).
일부 구현예에서, 본 발명은 GUUUUAGANxnGAAANynAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACNzNzNzNzGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(서열번호 41)의 서열을 포함하는 단일 가이드 RNA(sgRNA)를 제공하되, Nxn 및 Nyn은 동일한 수의 뉴클레오타이드를 갖고 염기쌍을 형성하는 상보적인 뉴클레오타이드이고, Nxn 및 Nyn의 뉴클레오타이드는 변형된 뉴클레오타이드이고, n은 5 내지 15의 정수이고, 헤어핀 1의 루프의 4개의 뉴클레오타이드(NzNzNzNz)는 UUCG, CUUG 또는 GCAA를 포함한다.In some embodiments, the present invention provides a single guide RNA (sgRNA) comprising the sequence of GUUUUAGAN xn GAAAN yn AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACN z N z N z N z GUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 41), wherein N xn and N yn are complementary nucleotides having the same number of nucleotides and forming base pairs, the nucleotides of N xn and N yn are modified nucleotides, n is an integer from 5 to 15, and four nucleotides of the loop of hairpin 1 (N z N z N z N z ) comprise UUCG, CUUG or GCAA.
일부 구현예에서, 긴 상부 스템과 안정한 헤어핀을 포함하는 sgRNA는 헤어핀 1 및 헤어핀 2 영역 내에 하나 이상의 변형된 뉴클레오타이드를 포함한다. 다른 구현예에서, 긴 상부 스템과 안정한 헤어핀을 포함하는 sgRNA는 헤어핀 1 및 헤어핀 2 영역 내에 변형된 뉴클레오타이드를 포함한다. 변형은 2'-O-메틸 변형된 뉴클레오타이드(예를 들어, 2'-O-메틸 3'-포스포로싸이오에이트(MS) 뉴클레오타이드, 2'-O-메틸 3'-싸이오PACE(MSP) 뉴클레오타이드), 2'-F 변형된 뉴클레오타이드 및 이들의 조합을 포함한다.In some embodiments, the sgRNA comprising a long upper stem and a stable hairpin comprises one or more modified nucleotides within the hairpin 1 and hairpin 2 regions. In other embodiments, the sgRNA comprising a long upper stem and a stable hairpin comprises modified nucleotides within the hairpin 1 and hairpin 2 regions. The modifications include 2'-O-methyl modified nucleotides (e.g., 2'-O-methyl 3'-phosphorothioate (MS) nucleotides, 2'-O-methyl 3'-thioPACE (MSP) nucleotides), 2'-F modified nucleotides, and combinations thereof.
한 예에서, 적어도 하나의 변형은 2'-O-메틸(2'-O-Me) 변형된 뉴클레오타이드를 포함한다.In one example, at least one modification comprises a 2'-O-methyl (2'-O-Me) modified nucleotide.
일부 구현예에서, 헤어핀 1의 루프는 잠금 핵산을 포함한다. In some embodiments, the loop of hairpin 1 comprises a locking nucleic acid.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 gRNA는 sgRNA의 5''' 말단에 스페이서 서열을 추가로 포함하되; 스페이서 서열은 관심 표적 서열에 상보적인 서열을 포함한다. 일부 구현예에서, 스페이서 서열은 약 18 내지 25, 또는 18 내지 30, 또는 20 내지 25, 20 내지 30, 15 내지 50, 20 내지 50, 또는 20 내지 40개의 뉴클레오타이드를 포함한다. 비제한적인 예로서, 스페이서 서열은 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 40, 45 또는 50개의 뉴클레오타이드를 포함한다.In some embodiments, the gRNA described herein further comprises a spacer sequence at the 5'' end of the sgRNA; wherein the spacer sequence comprises a sequence complementary to a target sequence of interest. In some embodiments, the spacer sequence comprises about 18 to 25, or 18 to 30, or 20 to 25, 20 to 30, 15 to 50, 20 to 50, or 20 to 40 nucleotides. As a non-limiting example, the spacer sequence comprises 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 40, 45, or 50 nucleotides.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 sgRNA의 3' 말단은 변형된다.In some implementations, the 3' end of the sgRNA described herein is modified.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 sgRNA의 5' 말단은 변형된다.In some implementations, the 5' end of the sgRNA described herein is modified.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 sgRNA의 3' 및 5' 말단은 변형된다. In some implementations, the 3' and 5' ends of the sgRNA described herein are modified.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 sgRNA의 5' 말단에 있는 적어도 처음 3개 뉴클레오타이드는 변형된 뉴클레오타이드이다.In some implementations, at least the first three nucleotides at the 5' end of the sgRNA described herein are modified nucleotides.
한 구현예에서, sgRNA는 서열의 5' 말단에서의 변형과 서열의 3' 말단에서의 변형을 포함한다. In one embodiment, the sgRNA comprises a modification at the 5' end of the sequence and a modification at the 3' end of the sequence.
일부 구현예에서,본 명세서에 기술된 sgRNA의 뉴클레오타이드 중 약 20%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 75%, 80%, 90% 또는 100%는 변형된 뉴클레오타이드이다.In some embodiments, about 20%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 75%, 80%, 90%, or 100% of the nucleotides of an sgRNA described herein are modified nucleotides.
한 구현예에서, 본 명세서에 기술된 gRNA는 서열번호 20에 제시된 서열을 포함한다. 한 구현예에서, 본 명세서에 기술된 gRNA는 서열번호 21에 제시된 서열을 포함한다. 한 구현예에서, 본 명세서에 기술된 gRNA는 서열번호 51에 제시된 서열을 포함한다. 한 구현예에서, 본 명세서에 기술된 gRNA는 서열번호 52에 제시된 서열을 포함한다.In one embodiment, the gRNA described herein comprises the sequence set forth in SEQ ID NO: 20. In one embodiment, the gRNA described herein comprises the sequence set forth in SEQ ID NO: 21. In one embodiment, the gRNA described herein comprises the sequence set forth in SEQ ID NO: 51. In one embodiment, the gRNA described herein comprises the sequence set forth in SEQ ID NO: 52.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 sgRNA는 핵 국부화 서열(NLS)을 추가로 포함한다.In some embodiments, the sgRNA described herein further comprises a nuclear localization sequence (NLS).
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 sgRNA는 약 102 내지 150개의 뉴클레오타이드, 약 102 내지 120개의 뉴클레오타이드, 또는 약 100 내지 180개의 뉴클레오타이드를 포함한다.In some embodiments, the sgRNA described herein comprises about 102 to 150 nucleotides, about 102 to 120 nucleotides, or about 100 to 180 nucleotides.
일부 구현예에서, 본 발명의 sgRNA는 유전자 변형 효능을 약 2 내지 1000배 또는 약 2 내지 100배, 또는 약 2 내지 10배 증가시킨다. 비제한적인 예로서, 본 명세서에 기술된 sgRNA는 유전자 변형 효능을 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 900 또는 1000배 증가시킨다.In some embodiments, the sgRNAs of the present invention increase gene modification efficacy by about 2 to 1000-fold, or about 2 to 100-fold, or about 2 to 10-fold. As non-limiting examples, the sgRNAs described herein increase gene modification efficacy by 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 900, or 1000-fold.
본 발명의 또 다른 측면에서, (a) CRISPR-관련 단백질(Cas) 폴리펩타이드, 또는 이의 변이체를 포함하는 유전자 변형 시스템; 및 (b) 본 명세서에 기술된 단일 가이드 RNA (sgRNA)가 제공된다.In another aspect of the present invention, a genetic modification system comprising (a) a CRISPR-associated protein (Cas) polypeptide, or a variant thereof; and (b) a single guide RNA (sgRNA) as described herein is provided.
일부 구현예에서, Cas 폴리펩타이드는 S. 피오게네스 Cas9 및 S. 아우레우스 Cas9를 포함하되, 이에 제한되지 않는 Cas9 단백질이다.In some embodiments, the Cas polypeptide is a Cas9 protein, including but not limited to S. pyogenes Cas9 and S. aureus Cas9.
일부 구현예에서, Cas9 폴리펩타이드는 닉케이스 또는 dCas9이다.In some embodiments, the Cas9 polypeptide is nickCas9 or dCas9.
일부 구현예에서, 제공된 것은 또한 본 명세서에 기술된 단일 가이드 RNA를 포함하는 조성물을 포함한다. 조성물은 Cas9 폴리펩타이드, 또는 이의 변이체를 추가로 포함할 수 있다. 일부 예에서, Cas 폴리펩타이드는 Cas9 단백질, dCas9 또는 닉케이스이다. In some embodiments, the composition further comprises a single guide RNA as described herein. The composition may further comprise a Cas9 polypeptide, or a variant thereof. In some examples, the Cas polypeptide is a Cas9 protein, dCas9, or a nickcase.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 조성물은 지질 나노 입자에서 제형화된다.In some embodiments, the compositions described herein are formulated in lipid nanoparticles.
다른 측면에서, 본 발명은 세포 내로 본 발명의 단일 가이드 RNA(sgRNA)를 포함하는 유전자 편집 시스템을 도입하는 단계를 포함하는 세포 내 표적 유전자를 변형하기 위한 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for modifying a target gene in a cell, comprising the step of introducing into the cell a gene editing system comprising a single guide RNA (sgRNA) of the present invention.
일부 구현예에서, 방법은 세포에 표적 핵산에 상보적인 제1 뉴클레오타이드 서열 및 CRISPR-관련 단백질(Cas) 폴리펩타이드와 상호작용하는 제2 뉴클레오타이드를 포함하는 변형된 단일 가이드 RNA(sgRNA)와, 여기서 제1 뉴클레오타이드 서열 및/또는 제2 뉴클레오타이드 서열의 뉴클레오타이드 중 하나 이상은 변형된 뉴클레오타이드이고; Cas 폴리펩타이드, Cas 폴리펩타이드를 암호화하는 mRNA 및/또는 Cas 폴리펩타이드를 암호화하는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 재조합 발현 벡터를 도입하는 단계를 포함한다.In some embodiments, the method comprises introducing into a cell a modified single guide RNA (sgRNA) comprising a first nucleotide sequence complementary to a target nucleic acid and a second nucleotide that interacts with a CRISPR-associated protein (Cas) polypeptide, wherein at least one of the nucleotides of the first nucleotide sequence and/or the second nucleotide sequence is a modified nucleotide; and a recombinant expression vector comprising a Cas polypeptide, an mRNA encoding the Cas polypeptide, and/or a nucleotide sequence encoding the Cas polypeptide.
도 1A는 예시적인 말단 변형된 sgRNA, 표준 고도로 변형된 sgRNA 변형, 및 gRNA의 상부 스템에 5개의 염기쌍을 포함하는 LONGEST gRNA 설계의 헤어핀 구조를 보여준다. 화학적으로 변형된(말단 변형 및 고도 변형) sgRNA는 상부 스템에 4개의 염기쌍만 포함한다.
도 1B는 간에서 예시적인 ALAS1 표적화 편집을 보여주며, 이는 뉴클레오타이드 변형 없이 gRNA의 헤어핀이 연장되었을 때 편집 효능이 감소함을 입증했다. 편집 효능은 뉴클레오타이드 변형과 조합하여 연장되었을 때 증가했다. gRNA9는 연장된 헤어핀의 상부 스템을 포함하는 내부적으로 변형이 없는 연장된 상부 스템(LONGEST 1)을 포함한다. sgRNA 10은 연장된 헤어핀의 상부 스템을 비롯한 내부적으로 변형이 없는 또 다른 연장된 상부 스템(LONGEST 2)를 포함한다. sgRNA3는 2'OMe 변형된 뉴클레오타이드(서열번호 51에 제시된 서열)를 포함하는 LONGEST1이다. ALAS1 편집은 염기 편집기 ABE8.8을 사용하여 수행되었다.
도 2A는 말단 변형이 있는 ALAS1 표적화 gRNA(gRNA 1), 또는 표준 중쇄 변형(gRNA 2) 또는 뉴클레오타이드 변형이 있는 LONGEST 1(gRNA 3)의 헤어핀 구조를 보여준다.
도 2B는 다양한 용량에서 지질 1의 ALAS1 표적화 gRNA 편집 효능을 보여준다.
도 2C는 다양한 용량에서 지질 2의 ALAS1 표적화 gRNA 편집 효능을 보여준다.
도 3A는 말단 변형(EM), LONGEST 변형, GOLD 변형, 또는 LONGEST_GOLD 조합 변형이 있는 gRNA의 헤어핀 구조를 보여준다.
도 3B는 세 가지 다른 표적 부위(TSBTx3228, TSBTx3215 및 TSBTx3222)에서 다양한 gRNA 변형의 생체 내 편집 효능을 보여준다.
도 4A는 gRNA 4(표준 말단 변형), gRNA 5(GOLD 변형) 및 gRNA 6(LONGEST-GOLD 변형)의 헤어핀 구조를 보여준다.
도 4B는 5일 후 gRNA 4, gRNA 5 및 gRNA 6의 편집 효능을 보여준다.
도 5는, 표준 고도 변형(Heavy-mod), 말단 변형 또는 LONGEST 변형이 있는 동일한 gRNA와 비교하여, ALAS1 표적화 gRNA에서 세 가지 새로운 헤어핀 연장체(LONGEST 3, LONGEST 4 및 변형되지 않은 LONGEST 4)의 편집 효능을 보여준다.Figure 1A is The hairpin structures of exemplary terminally modified sgRNAs, standard highly modified sgRNA variants, and the LONGEST gRNA design, which includes 5 base pairs in the upper stem of the gRNA, are shown. The chemically modified (terminally modified and highly modified) sgRNAs only include 4 base pairs in the upper stem.
Figure 1B shows exemplary ALAS1-targeted editing in the liver, demonstrating that editing efficiency decreased when the gRNA hairpin was extended without nucleotide modification. Editing efficiency increased when extended in combination with nucleotide modification. gRNA9 contains an internally unmodified extended upper stem (LONGEST 1) that includes the upper stem of the extended hairpin. sgRNA 10 contains another internally unmodified extended upper stem (LONGEST 2) that includes the upper stem of the extended hairpin. sgRNA3 is LONGEST1 containing a 2'OMe-modified nucleotide (sequence shown in SEQ ID NO: 51). ALAS1 editing was performed using the base editor ABE8.8.
Figure 2A shows the hairpin structure of ALAS1 targeting gRNA with terminal modification (gRNA 1), or standard heavy chain modification (gRNA 2), or LONGEST 1 with nucleotide modification (gRNA 3).
Figure 2B shows the ALAS1 targeting gRNA editing efficacy of lipid 1 at various doses.
Figure 2C shows the ALAS1 targeting gRNA editing efficacy of lipid 2 at various doses.
Figure 3A shows the hairpin structure of a gRNA with a terminal modification (EM), a LONGEST modification, a GOLD modification, or a LONGEST_GOLD combination modification.
Figure 3B shows the in vivo editing efficacy of various gRNA modifications at three different target sites (TSBTx3228, TSBTx3215, and TSBTx3222).
Figure 4A is Shown are the hairpin structures of gRNA 4 (standard terminal variant), gRNA 5 (GOLD variant), and gRNA 6 (LONGEST-GOLD variant).
Figure 4B shows the editing efficacy of gRNA 4, gRNA 5, and gRNA 6 after 5 days.
Figure 5 shows the editing efficacy of three novel hairpin extensions (LONGEST 3, LONGEST 4, and unmodified LONGEST 4) in an ALAS1-targeting gRNA compared to the same gRNA with a standard heavy-mod, terminal-modified, or LONGEST modification.
정의definition
본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위해, 소정의 용어가 먼저 아래에 정의된다. 다음 용어 및 기타 용어에 대한 추가적인 정의는 본 명세서 전반에 걸쳐 제시되어 있다.To facilitate a better understanding of the present invention, certain terms are first defined below. Additional definitions of these and other terms are provided throughout this specification.
"단수형" 관사는 관사의 문법적 대상 중 하나 또는 하나 이상(즉, 적어도 하나)을 지칭하기 위해 본 명세서에서 사용된다. 예를 들어, "요소"는 하나 또는 둘 이상의 요소를 의미한다.The article "singular" is used herein to refer to one or more than one ( i.e. , at least one) of the grammatical object of the article. For example, "an element" means one or more than one element.
하나 이상의 관심 값에 적용되는, 본 명세서에서 사용된 용어 "대략" 또는 "약"은 명시된 참조 값과 유사한 값을 지칭한다. 특정 구현예에서, 용어 "대략" 또는 "약"은 달리 명시되지 않거나 문맥으로부터 달리 명백하지 않는 한 명시된 참조 값의 어느 방향(크거나 또는 작음)으로 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1% 이하 내에 속하는 값의 범위를 지칭한다(그러한 수치가 가능한 값의 100%를 초과하는 경우는 제외).The terms "approximately" or "about" as used herein, applied to one or more values of interest, refer to a value that is similar to a stated reference value. In certain implementations, the terms "approximately" or "about" refer to a range of values that are within 20%, 19%, 18%, 17%, 16%, 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1% or less in either direction (greater or less) of the stated reference value, unless otherwise specified or clear from context (except where such a value exceeds 100% of the possible values).
본 명세서에 숫자 범위를 언급할 때, 그 사이에 있는 각 숫자는 동일한 정밀도로 명시적으로 고려된다. 예를 들어, 6 내지 9의 범위에서 숫자 7과 8은 6과 9에 추가로 고려되고, 6.0 내지 7.0의 범위에서 숫자 6.0, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9, 및 7.0이 명시적으로 고려된다.When referring to a range of numbers in this specification, each number therebetween is explicitly considered to have the same precision. For example, in the range 6 to 9, the numbers 7 and 8 are considered in addition to 6 and 9, and in the range 6.0 to 7.0, the numbers 6.0, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9, and 7.0 are explicitly considered.
제품, 조성물 및 방법을 정의하는 데 사용될 때, 본 명세서에서 사용된 용어 "포함하는(comprising)"은 제품, 조성물 및 방법이 언급된 성분 또는 단계를 포함하지만, 다른 성분 또는 단계를 배제하는 것은 아니라는 점을 의미하려는 의도가 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "포함하다(comprise)", "포함하다(include)", "갖는(having)", "갖다(has)", "할 수 있다(can)", "함유하다(contain)" 및 이의 변형어는 추가적인 행위나 구조의 가능성을 배제하지 않는 개방형 전환 어구, 용어 또는 단어로 의도된다. 용어 "본질적으로 구성되는(consisting essentially of)"은 임의의 필수적이고 유의미한 성분 또는 단계를 배제하는 것을 의미한다. 따라서, 언급된 성분으로 본질적으로 구성된 조성물은 미량 오염 물질 및 약제학적으로 허용되는 담체를 배제하지 않을 것이다. "구성되는(consisting of)"은 다른 성분 또는 방법의 미량 요소 이상을 배제하는 것을 의미한다.When used to define products, compositions, and methods, the term "comprising" as used herein is intended to mean that the products, compositions, and methods include the recited ingredients or steps, but not to the exclusion of other ingredients or steps. The terms "comprise," "include," "having," "has," "can," "contain," and variations thereof, as used herein, are intended to be open-ended transition phrases, terms, or words that do not exclude the possibility of additional acts or structures. The term "consisting essentially of" means excluding any essential and significant ingredients or steps. Thus, a composition consisting essentially of the recited ingredients would not exclude trace contaminants and pharmaceutically acceptable carriers. "Consisting of" means excluding more than trace elements of other ingredients or methods.
투여: 본 명세서에서 사용된 용어 "투여"는 대상체에게 경구 투여, 국소 접촉, 좌제, 정맥내, 복강내, 근육내, 병변내, 척수강내, 비강내, 또는 피하 투여와 같은 투여를 포함한다. 투여는 비경구 및 경점막(예를 들어, 협측, 설하, 구개, 치은, 비강, 질, 직장 또는 경피)을 포함하는 임의의 경로에 의해 이루어진다. 비경구 투여는, 예를 들어 정맥내, 근육내, 세동맥내, 피내, 피하, 복강내, 뇌실내 및 두개내를 포함한다. 다른 전달 방식은 리포좀 제제의 사용, 정맥 주입, 경피 패치 등을 포함하나 이에 한정되지 않는다. Administration: As used herein, the term "administration" includes administration to a subject, such as oral administration, topical contact, suppository, intravenous, intraperitoneal, intramuscular, intralesional, intrathecal, intranasal, or subcutaneous administration. Administration may be by any route, including parenteral and transmucosal (e.g., buccal, sublingual, palatal, gingival, nasal, vaginal, rectal, or transdermal). Parenteral administration includes, for example, intravenous, intramuscular, intraarteriolar, intradermal, subcutaneous, intraperitoneal, intracerebroventricular, and intracranial administration. Other delivery methods include, but are not limited to, the use of liposomal formulations, intravenous infusion, transdermal patches, and the like.
결합 영역: 본 명세서에서 사용된 용어 "결합 영역"은 뉴클레이스, 예컨대 Cas9에 의해 인식되고 결합되는 뉴클레이스 표적 영역 내의 영역을 지칭한다. Binding region: As used herein, the term “binding region” refers to a region within a nuclease target region that is recognized and bound by a nuclease, such as Cas9.
상보성: 본 명세서에서 사용된 용어 "상보성"은 핵산이 전통적인 왓슨-크릭 또는 기타 비전통적인 방법을 통해 다른 핵산 서열과 수소 결합을 형성하는 능력을 지칭한다. 상보성 백분율은 핵산 분자에서 두 번째 핵산 서열과의 수소 결합(예를 들어, 왓슨-크릭 염기 페어링)을 형성할 수 있는 잔기의 백분율을 나타낸다(예를 들어, 10개 중 5, 6, 7, 8, 9, 10개는 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100% 상보적). "완전히 상보적인(Perfectly complementary)"은 핵산 서열의 모든 연속 잔기가 두 번째 핵산 서열의 동일한 수의 연속 잔기와 수소 결합한다는 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용된 "실질적으로 상보적인(Substantially complementary)"은 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 30, 35, 40, 45, 50개 이상의 뉴클레오타이드 영역에 걸쳐 적어도 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 97%, 98%, 99%, 또는 100%인 상보성 정도를 지칭하거나, 또는 엄격한 조건 하에서 두 핵산이 혼성화되는 것을 지칭한다. Complementarity: As used herein, the term "complementarity" refers to the ability of a nucleic acid to form hydrogen bonds with another nucleic acid sequence, whether through traditional Watson-Crick or other non-traditional methods. The percent complementarity represents the percentage of residues in a nucleic acid molecule that can form hydrogen bonds (e.g., Watson-Crick base pairing) with a second nucleic acid sequence (e.g., 5, 6, 7, 8, 9, and 10 out of 10 are 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, and 100% complementary). "Perfectly complementary" means that every consecutive residue in a nucleic acid sequence hydrogen bonds with the same number of consecutive residues in a second nucleic acid sequence. As used herein, “substantially complementary” refers to a degree of complementarity that is at least 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 97%, 98%, 99%, or 100% over a region of 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 30, 35, 40, 45, 50 or more nucleotides, or refers to two nucleic acids that hybridize under stringent conditions.
유효량: 본 명세서에서 사용된 용어 "유효량"은 제제(예를 들어, Cas 뉴클레이스, 변형된 단일 가이드 RNA 등)는 유익하거나 원하는 결과를 얻기에 충분한 양을 지칭한다. 치료학적 유효량은 치료되는 대상체 및 질환 상태, 대상체의 체중 및 연령, 질환 상태의 중증도, 투여 방식 등 중 하나 이상에 따라 달라질 수 있으며, 이는 당업자에 의해 쉽게 결정될 수 있다. 구체적인 양은 다음 중 하나 이상에 따라 달라질 수 있다: 선택한 특정 제제, 표적 세포 유형, 대상체 내 표적 세포의 위치, 따라야 할 투여 요법, 다른 제제와의 병용 여부, 투여 시기, 및 운반되는 물리적 전달 시스템. Effective amount: As used herein, the term "effective amount" refers to an amount of an agent (e.g., a Cas nuclease, a modified single guide RNA, etc.) sufficient to produce a beneficial or desired result. The therapeutically effective amount may vary depending on one or more of the subject and disease state being treated, the subject's body weight and age, the severity of the disease state, the method of administration, and the like, and can be readily determined by one of skill in the art. The specific amount may vary depending on one or more of the following: the specific agent selected, the target cell type, the location of the target cells within the subject, the dosing regimen to be followed, whether it is used in combination with other agents, the timing of administration, and the physical delivery system used.
효율성: 본 명세서에서 사용된 용어 "효율성"은 편집 효율성, 또는 편집 백분율을 지칭하되; 이는 본 개시내용의 유전자 편집 시스템에 의한 절단 후의 서열 리드의 총 수에 대한 관심 표적 영역 내로의 뉴클레오타이드의 삽입 또는 결실이 있는 서열 리드의 총 수이다. Efficiency: The term "efficiency" as used herein refers to editing efficiency, or editing percentage; which is the total number of sequence reads with insertions or deletions of nucleotides into the target region of interest relative to the total number of sequence reads after cleavage by the gene editing system of the present disclosure.
유전체: 본 명세서에서 사용된 용어 "유전체"는 세포 또는 생물체에 존재하는 유전자 또는 유전 물질의 전체 세트를 지칭한다. 유전체는 RNA 바이러스의 DNA 또는 RNA를 포함한다. 유전체는 유전자(코딩 영역), 비코딩 DNA, 및 미토콘드리아와 엽록체의 유전체를 모두 포함한다. Genome : As used herein, the term "genome" refers to the complete set of genes or genetic material present in a cell or organism. The genome includes the DNA or RNA of RNA viruses. The genome includes genes (coding regions), non-coding DNA, and the genomes of mitochondria and chloroplasts.
유전체 편집: 본 명세서에서 사용된 용어 "유전체 편집"은 유전자를 변경하는 것을 지칭한다. 유전체 편집은 수정 또는 돌연변이 유전자를 복원하는 것을 포함할 수 있다. 유전체 편집은 유전자, 예컨대 돌연변이 유전자나 정상 유전자를 녹아웃시키는 것을 포함할 수 있다. 유전체 편집은 관심 유전자를 변경하여 질병을 치료하거나 근육 회복을 향상시키는 데 사용될 수 있다. Genome Editing : As used herein, the term "genome editing" refers to altering genes. Genome editing may involve correcting or restoring a mutated gene. Genome editing may also involve knocking out a gene, such as a mutated or normal gene. Genome editing can be used to treat diseases or enhance muscle recovery by altering a gene of interest.
가이드 RNA 또는 gRNA: 본 명세서에서 사용된 용어 "가이드 RNA"와 "gRNA"는 상호 교환적으로 사용된다. 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용되는 "가이드 RNA", "gRNA", "단일 gRNA", 및 "sgRNA"는 Cas9 결합 또는 Cpf1 결합에 필요한 "스캐폴드" 서열과 변형될 유전체 표적을 정의하는 사용자 정의 "스페이서" 또는 "표적화 서열"(본 명세서에서 프로토스페이서 표적화 서열 또는 세그먼트라고도 지칭됨)로 구성된 짧은 합성 RNA를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 "변형된 gRNA"는 추가적인 뉴클레오타이드 또는 뉴클레오타이드 변형을 갖는 gRNA를 지칭한다. Guide RNA or gRNA: As used herein, the terms "guide RNA" and "gRNA" are used interchangeably. The terms "guide RNA,""gRNA,""singlegRNA," and "sgRNA," as used interchangeably herein, refer to a short synthetic RNA comprised of a "scaffold" sequence required for Cas9 binding or Cpf1 binding and a user-defined "spacer" or "targeting sequence" (also referred to herein as a protospacer targeting sequence or segment) that defines the genomic target to be modified. As used herein, a "modified gRNA" refers to a gRNA with additional nucleotides or nucleotide modifications.
혼성화: 본 명세서에서 사용된 "혼성화"는 상보적인 올리고뉴클레오타이드 및/또는 핵산의 페어링 또는 어닐링을 의미한다. 특정 메커니즘에 제한되지 않지만, 혼성화의 가장 일반적인 메커니즘은 상보적 핵염기 사이의 왓슨-크릭, Hoogsteen 또는 역 Hoogsteen 수소 결합일 수 있는 수소 결합을 포함한다. Hybridization : As used herein, "hybridization" refers to the pairing or annealing of complementary oligonucleotides and/or nucleic acids. While not limited to a specific mechanism, the most common mechanism of hybridization involves hydrogen bonding, which may be Watson-Crick, Hoogsteen, or reverse Hoogsteen hydrogen bonding between complementary nucleobases.
crRNA: 본 명세서에서 사용된 용어 "crRNA"는 표적화 핵산 서열과 상보적이고 이를 인식하는 서열과 tracrRNA에 결합되거나 결합할 수 있는 tracrRNA 인식 서열을 포함하는 RNA 서열을 지칭한다. crRNA의 tracRNA 인식 부분은 혼성화 또는 공유 부착을 통해 tracrRNA에 결합할 수 있다. crRNA: used in this specification The term "crRNA" refers to an RNA sequence comprising a tracrRNA recognition sequence that is complementary to and recognizes a targeting nucleic acid sequence and that binds or is capable of binding to a tracrRNA. The tracRNA recognition portion of the crRNA can bind to the tracrRNA through hybridization or covalent attachment.
tracRNA: 본 명세서에서 사용된 용어 "tracrRNA"는 Cas9 단백질에 비공유 결합할 수 있고 혼성화 또는 공유 부착을 통해 crRNA 서열에 결합할 수 있는 핵산 서열을 의미한다. 일부 구현예에서, tracrRNA 및 crRNA 서열은 단일 가이드 RNA를 형성할 수 있습니다. tracRNA: As used herein, the term "tracrRNA" refers to a nucleic acid sequence capable of noncovalently binding to a Cas9 protein and binding to a crRNA sequence via hybridization or covalent attachment. In some embodiments, the tracrRNA and crRNA sequences may form a single guide RNA.
헤어핀: 본 명세서에서 사용된 용어 "헤어핀"은, 핵산 가닥이 접혀 동일한 가닥의 다른 구역과 염기 쌍을 형성할 경우 생성되는 핵산의 이중가닥을 기술한다. 헤어핀은 루프 또는 U자 형상을 포함하는 구조를 형성할 수 있다. 일부 구현예에서, 헤어핀은 RNA 루프로 구성될 수 있다. 헤어핀은 분자의 접힘 또는 주름과 함께 결합된 단일 핵산 분자에서 2개의 상보성 서열로 형성될 수 있다. 일부 구현예에서, 헤어핀은 줄기 또는 줄기 루프 구조를 포함한다. 본 명세서에 기술된 변형된 gRNA의 맥락에서, "헤어핀 영역"은 gRNA의 5' 말단에서 3' 말단까지의 헤어핀 1 및 헤어핀 2를 지칭한다. gRNA의 보존 부분은 gRNA의 헤어핀 1과 헤어핀 2 사이에 위치한다. Hairpin: As used herein, the term "hairpin" describes a double strand of nucleic acid that is formed when a nucleic acid strand folds and base pairs with another region of the same strand. A hairpin may form a structure comprising a loop or a U-shape. In some embodiments, a hairpin may be composed of an RNA loop. A hairpin may be formed by two complementary sequences in a single nucleic acid molecule that are joined together by a fold or fold of the molecule. In some embodiments, a hairpin comprises a stem or stem-loop structure. In the context of the modified gRNAs described herein, "hairpin region" refers to hairpin 1 and hairpin 2 from the 5' end to the 3' end of the gRNA. The conserved portion of the gRNA is located between hairpin 1 and hairpin 2 of the gRNA.
스템 루프: 본 명세서에서 사용된 용어 "스템 루프"는 짝을 이루지 못한 핵산의 루프에서 종결되는 염기-쌍을 이룬 "스템"을 형성하는 뉴클레오타이드의 2차 구조를 지칭한다. 줄기는 두 영역의 동일한 핵산 가닥이 반대 방향으로 읽을 때 서열에 적어도 부분적으로 상보적일 경우 형성될 수 있다. Stem Loop : As used herein, the term "stem loop" refers to a secondary structure of nucleotides that form a base-paired "stem" that terminates in a loop of unpaired nucleic acids. A stem can be formed when two identical nucleic acid strands are at least partially complementary in sequence when read in opposite directions.
루프: 본 명세서에서 사용된 용어 "루프"는 줄기를 캐핑할 수 있는 염기쌍을 이루지 않은(즉, 상보성이 아닌) 뉴클레오타이드의 영역을 기술한다. 예를 들어, "테트라루프"는 4개의 뉴클레오타이드의 루프를 기술한다. 일부 구현예에서, 변형된 gRNA의 상부 스템은 테트라루프를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, GAAA는 헤어핀 구조를 잠그는 데 사용되는 GNRA 테트라루프이다. 일부 구현예에서, 테트라루프는 ANYA, CUYG, GNRA, UNAC, 또는 UNCG이다. Loop : As used herein, the term "loop" describes a region of unpaired (i.e., non-complementary) nucleotides that can cap a stem. For example, a "tetraloop" describes a loop of four nucleotides. In some embodiments, the upper stem of a modified gRNA may comprise a tetraloop. In some embodiments, GAAA is a GNRA tetraloop, which is used to lock a hairpin structure. In some embodiments, the tetraloop is ANYA, CUYG, GNRA, UNAC, or UNCG.
약제학적으로 허용되는 담체: 용어 "약제학적으로 허용되는 담체"는 세포, 생물체 또는 대상체로의 제제(예를 들어, Cas 뉴클레이스, 변형된 단일 가이드 RNA 등)의 투여를 돕는 물질을 지칭한다. "약제학적으로 허용되는 담체"는 조성물 또는 제형에 포함될 수 있으며 환자에게 유의미한 독성학적 부작용을 유발하지 않는 담체 또는 부형제를 지칭한다. 약제학적으로 허용되는 담체의 비제한적인 예는 물, NaCl, 생리식염수, 락테이트 링거액, 일반 수크로오스, 일반 포도당, 결합제, 충전제, 붕해제, 윤활제, 코팅제, 감미료, 향료 및 색소 등을 포함한다. 통상의 기술자는 다른 약제학적 담체가 본 발명에서 유용하다는 점을 인식할 것이다. Pharmaceutically Acceptable Carrier : The term "pharmaceutically acceptable carrier" refers to a substance that facilitates administration of a preparation (e.g., a Cas nuclease, a modified single guide RNA, etc.) to a cell, organism, or subject. A "pharmaceutically acceptable carrier" refers to a carrier or excipient that can be included in a composition or formulation and does not cause significant toxicological side effects in a patient. Non-limiting examples of pharmaceutically acceptable carriers include water, NaCl, saline, lactated Ringer's solution, normal sucrose, normal glucose, binders, fillers, disintegrants, lubricants, coatings, sweeteners, flavoring agents, and coloring agents. Those skilled in the art will recognize that other pharmaceutical carriers are useful in the present invention.
변형된 또는 변형: 용어 "변형된" 또는 "변형"은, 가이드 RNA의 맥락에서, 다양한 변형, 예를 들어, 2'-O-메틸 변형 뉴클레오타이드(예를 들어, 2'-O-메틸 3'-포스포로싸이오에이트(MS) 뉴클레오타이드, 2'-O-메틸 3'-싸이오PACE(MSP) 뉴클레오타이드), 2'-F 변형 뉴클레오타이드, 잠금 핵산, MOE(메톡시에틸), 접합을 위해 작용기화된 DNA 뉴클레오타이드, 및 이들의 조합을 지칭한다. Modified or Modified : The term "modified" or "modified", in the context of a guide RNA, refers to various modifications, for example, 2'-O-methyl modified nucleotides (e.g., 2'-O-methyl 3'-phosphorothioate (MS) nucleotides, 2'-O-methyl 3'-thioPACE (MSP) nucleotides), 2'-F modified nucleotides, locked nucleic acids, MOE (methoxyethyl), DNA nucleotides functionalized for conjugation, and combinations thereof.
핵산: 본 명세서에서 사용된 용어 "핵산" 또는 "올리고뉴클레오타이드" 또는 "폴리뉴클레오타이드"는 공유 결합으로 연결된 적어도 두 개의 뉴클레오타이드를 의미한다. 단일 가닥의 도시는 또한 상보적인 가닥의 서열을 정의한다. 따라서, 핵산은 또한 도시된 단일 가닥의 상보적인 가닥도 포괄한다. 핵산의 많은 변이체는 주어진 핵산과 동일한 목적으로 사용될 수 있다. 따라서, 핵산은 또한 실질적으로 동일한 핵산 및 이의 상보체를 포함한다. 단일 가닥은 엄격한 혼성화 조건 하에서 표적 서열에 혼성화할 수 있는 프로브를 제공한다. 따라서, 핵산은 엄격한 혼성화 조건 하에서 혼성화하는 프로브도 포함한다. 핵산은 단일 가닥 또는 이중 가닥일 수 있으며, 이중 가닥과 단일 가닥 서열의 일부를 모두 포함할 수도 있다. 핵산은 게놈성 및 cDNA 둘 다인 DNA, RNA 또는 혼성체(hybrid)일 수 있으며, 여기서 핵산은 데옥시리보뉴클레오타이드 및 리보뉴클레오티드의 조합 및 우라실, 아데닌, 티민, 시토신, 구아닌, 이노신, 크산틴 하이포크산틴, 아이소시토신 및 아이소구아닌을 포함하는 염기의 조합을 함유할 수 있다. 핵산은 화학적 합성 방법 또는 재조합 방법에 의해 생산될 수 있다. Nucleic acid: As used herein, the terms "nucleic acid,""oligonucleotide," or "polynucleotide" refer to at least two nucleotides covalently linked. The depiction of a single strand also defines the sequence of the complementary strand. Therefore, nucleic acid also encompasses the complementary strand of the depicted single strand. Many variants of a nucleic acid can be used for the same purpose as a given nucleic acid. Therefore, nucleic acid also encompasses substantially identical nucleic acids and their complements. A single strand provides a probe capable of hybridizing to a target sequence under stringent hybridization conditions. Therefore, nucleic acid also encompasses probes that hybridize under stringent hybridization conditions. A nucleic acid may be single-stranded or double-stranded, and may contain portions of both double-stranded and single-stranded sequences. Nucleic acids can be DNA, RNA, or hybrids, both genomic and cDNA, where the nucleic acids can contain combinations of deoxyribonucleotides and ribonucleotides and combinations of bases including uracil, adenine, thymine, cytosine, guanine, inosine, xanthine, hypoxanthine, isocytosine, and isoguanine. Nucleic acids can be produced by chemical synthesis or recombinant methods.
온타겟 부위: 본 명세서에서 사용된 용어 "온타겟 부위"는 gRNA가 표적화하도록 의도되는 유전체의 표적 영역 또는 서열을 지칭한다. 이상적으로, 온타겟 부위는 표적 DNA 서열과 완전한 상동성(100% 동일성 또는 상동성)을 가지며, 유전체의 다른 곳에서는 상동성이 없다. On-target region : As used herein, the term "on-target region" refers to the target region or sequence of a genome that a gRNA is intended to target. Ideally, the on-target region has complete homology (100% identity or homology) to the target DNA sequence and no homology elsewhere in the genome.
오프타겟 부위: 본 명세서에서 사용된 용어 "오프타겟 부위"는 gRNA의 온타겟 부위 또는 표적 영역과 부분적 상동성 또는 부분적 동일성을 갖지만 gRNA가 표적화하도록 의도되거나 설계되지 않은 유전체의 영역을 지칭한다. Off-target region : As used herein, the term "off-target region" refers to a region of the genome that has partial homology or partial identity with the on-target region or target region of a gRNA, but which the gRNA is not intended or designed to target.
대상체: 용어 "대상체", "환자," 및 "개인"은 본 명세서에서 인간 또는 동물을 포함하는 것으로 상호 교환적으로 사용된다. 예를 들어, 동물 대상체는 포유류, 영장류(예를 들어, 원숭이), 가축 동물(예를 들어, 말, 소, 양, 돼지 또는 염소), 반려동물(예를 들어, 개, 고양이), 실험실 시험 동물(예를 들어, 마우스, 랫트, 기니피그, 조류), 수의학적으로 유의미한 동물, 또는 경제적으로 유의미한 동물일 수 있다. Subject : The terms "subject,""patient," and "individual" are used interchangeably herein to include a human or an animal. For example, an animal subject can be a mammal, a primate (e.g., a monkey), a livestock animal (e.g., a horse, cow, sheep, pig, or goat), a companion animal (e.g., a dog, a cat), a laboratory test animal (e.g., a mouse, rat, guinea pig, or bird), an animal of veterinary significance, or an animal of economic significance.
치료: 본 명세서에서 사용된 용어 "치료하는(treating)"은 치료적 이익 및/또는 예방적 이익을 비제한적으로 포함하는 유익하거나 원하는 결과를 수득하기 위한 접근법을 지칭한다. 치료적 이익은 치료중인 하나 이상의 질환, 상태 또는 증상에 대한 치료적으로 관련된 개선 또는 영향을 의미한다. 예방적 이익의 경우, 조성물은 질환, 상태 또는 증상이 아직 나타나지 않았을지라도 특정 질환, 상태 또는 증상이 발생할 위험이 있는 대상체 또는 질환의 생리학적 증상 중 하나 이상을 보고하는 대상체에게 투여될 수 있다. Treatment: As used herein, the term "treating" refers to an approach for obtaining beneficial or desired results, including, but not limited to, therapeutic benefits and/or prophylactic benefits. A therapeutic benefit refers to a therapeutically relevant improvement or effect on one or more diseases, conditions, or symptoms being treated. For a prophylactic benefit, the composition may be administered to a subject at risk for developing a particular disease, condition, or symptom, or to a subject reporting one or more of the physiological symptoms of a disease, even if the disease, condition, or symptom has not yet manifested.
변형된 가이드 RNA(gRNA)Modified guide RNA (gRNA)
본 명세서에서 유전자 편집 방법에서 사용하기 위한 변형된 이중 가이드 RNA(gRNA)가 제공된다. 본 개시내용에 따라, 본 명세서에 제공된 변형된 gRNA는 긴 또는 연장된 상부 스템 구조를 포함한다. 본 명세서에 제공된 변형된 가이드 RNA는 연장된 상부 스템 및 안정한 잠금 헤어핀 구조를 포함할 수 있다. 일부 측면에서, 본 명세서에 제공된 변형된 가이드 RNA는 단일 가이드 RNA(sgRNA)이다. 본 개시내용의 변형된 sgRNA는 변형되지 않은 sgRNA와 비교하여 더욱 안정적이며 유전자 편집에서 향상된 효능을 보여준다.Provided herein are modified dual guide RNAs (gRNAs) for use in gene editing methods. According to the present disclosure, the modified gRNAs provided herein comprise a long or extended upper stem structure. The modified guide RNAs provided herein may comprise an extended upper stem and a stable, locked hairpin structure. In some aspects, the modified guide RNAs provided herein are single guide RNAs (sgRNAs). The modified sgRNAs of the present disclosure are more stable and exhibit enhanced efficacy in gene editing compared to unmodified sgRNAs.
긴/연장된 상부 스템Long/Extended Upper Stem
한 측면에서, 본 명세서에 제공된 변형된 gRNA는 상보적인 뉴클레오타이드에 의해 형성된 4개 이상의 염기쌍을 포함하는 긴(또는 연장된) 상부 스템을 포함하는 변형된 단일 가이드 RNA(sgRNA)이되, 상부 스템의 하나 이상의 뉴클레오타이드는 화학적으로 변형된다. 예시적인 변형은 2'OMe 변형, 예컨대 2'-O-메틸(M) 뉴클레오타이드, 2'-O-메틸 3'-포스포로싸이오에이트(MS)뉴클레오타이드, 2'-O-메틸 3'-싸이오PACE(MSP) 뉴클레오타이드, 또는 이들의 조합을 포함한다.In one aspect, the modified gRNA provided herein is a modified single guide RNA (sgRNA) comprising a long (or extended) upstream stem comprising at least four base pairs formed by complementary nucleotides, wherein one or more nucleotides of the upstream stem are chemically modified. Exemplary modifications include 2'OMe modifications, such as 2'-O-methyl (M) nucleotides, 2'-O-methyl 3'-phosphorothioate (MS) nucleotides, 2'-O-methyl 3'-thioPACE (MSP) nucleotides, or combinations thereof.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 변형된 sgRNA는 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 5 내지 15개의 염기쌍을 포함하는 긴 상부 스템 영역을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 5개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 6개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 7개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 8개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 9개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 10개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 11개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 12개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 13개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 14개의 염기쌍을 포함한다. 한 구현예에서, 긴 상부 스템 영역은 상보적인 뉴클레오타이드(예를 들어, 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드)에 의해 형성되는 15개의 염기쌍을 포함한다.In some embodiments, the modified sgRNA described herein comprises a long upstream stem region comprising 5 to 15 base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises 5 base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises 6 base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises 7 base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises 8 base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises nine base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises ten base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises eleven base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises twelve base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises thirteen base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises 14 base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides). In one embodiment, the long upstream stem region comprises 15 base pairs formed by complementary nucleotides (e.g., chemically modified nucleotides).
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 변형된 sgRNA의 상부 스템의 뉴클레오타이드는 모두 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드이다. 다른 구현예에서, 변형된 sgRNA의 상부 스템의 뉴클레오타이드 중 적어도 50%, 적어도 55%, 적어도 60%, 적어도 65%, 적어도 70%, 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 96%, 적어도 97%, 적어도 98%, 또는 적어도 99%는 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드이다.In some embodiments, all nucleotides in the upstream stem of a modified sgRNA described herein are chemically modified nucleotides. In other embodiments, at least 50%, at least 55%, at least 60%, at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98%, or at least 99% of the nucleotides in the upstream stem of a modified sgRNA are chemically modified nucleotides.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 sgRNA는 상부 스템 변형을 포함하되, 상부 스템 변형은 상부 스템 영역에서의 뉴클레오타이드 중 임의의 하나 이상에 대한 변형을 포함한다.In some embodiments, the sgRNA described herein comprises an upper stem modification, wherein the upper stem modification comprises a modification to any one or more of the nucleotides in the upper stem region.
일부 구현예에서, sgRNA는 상부 스템 변형을 포함하되, 상부 스템 변형은 상부 스템 영역에서 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 또는 20개의 뉴클레오타이드의 변형을 포함한다.In some embodiments, the sgRNA comprises an upper stem modification, wherein the upper stem modification comprises a modification of at least 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, or 20 nucleotides in the upper stem region.
일부 구현예에서, gRNA는 상부 스템 변형을 포함하되, 상부 스템 변형은 상부 스템 영역에서 약 1 내지 4, 1 내지 5, 1 내지 6, 1 내지 7, 1 내지 8, 1 내지 9, 1 내지 10, 1 내지 12, 1 내지 14, 1 내지 16, 2 내지 4, 2 내지 6, 2 내지 8, 2 내지 10, 2 내지 12, 2 내지 16, 2 내지 18, 2 내지 20, 4 내지 8, 4 내지 10, 6 내지 12, 6 내지 18, 6 내지 20, 8 내지 10, 8 내지 18, 8 내지 20, 또는 10 내지 20개의 뉴클레오타이드의 변형을 포함한다.In some embodiments, the gRNA comprises an upper stem modification, wherein the upper stem modification comprises a modification of about 1 to 4, 1 to 5, 1 to 6, 1 to 7, 1 to 8, 1 to 9, 1 to 10, 1 to 12, 1 to 14, 1 to 16, 2 to 4, 2 to 6, 2 to 8, 2 to 10, 2 to 12, 2 to 16, 2 to 18, 2 to 20, 4 to 8, 4 to 10, 6 to 12, 6 to 18, 6 to 20, 8 to 10, 8 to 18, 8 to 20, or 10 to 20 nucleotides in the upper stem region.
일부 구현예에서, sgRNA의 상부 스템 영역 내 변형된 뉴클레오타이드는 동일한 화학적 변형을 포함한다. 다른 구현예에서, sgRNA의 상부 스템 영역 내 변형된 뉴클레오타이드는 상이한 화학적 변형을 포함한다.In some embodiments, the modified nucleotides within the upstream stem region of the sgRNA comprise the same chemical modification. In other embodiments, the modified nucleotides within the upstream stem region of the sgRNA comprise different chemical modifications.
일부 구현예에서, sgRNA는 상부 스템 변형을 포함하되, 상부 스템 변형은 2'-OMe 변형된 뉴클레오타이드를 포함한다. 일부 구현예에서, 상부 스템 변형은 2'-O-MOE 변형된 뉴클레오타이드를 포함한다. 일부 구현예에서, 상부 스템 변형은 2'-F 변형된 뉴클레오타이드를 포함한다. 일부 구현예에서, 상부 스템 변형은 2'-Ome 변형된 뉴클레오타이드, 2'-O-MOE 변형된 뉴클레오타이드, 2'-F 변형된 뉴클레오타이드, 및/또는 이들의 조합을 포함한다.In some embodiments, the sgRNA comprises an upper stem modification, wherein the upper stem modification comprises a 2'-OMe modified nucleotide. In some embodiments, the upper stem modification comprises a 2'-O-MOE modified nucleotide. In some embodiments, the upper stem modification comprises a 2'-F modified nucleotide. In some embodiments, the upper stem modification comprises a 2'-Ome modified nucleotide, a 2'-O-MOE modified nucleotide, a 2'-F modified nucleotide, and/or a combination thereof.
안정한 헤어핀Stable hairpin
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 sgRNA는 매우 안정한 헤어핀 구조를 포함하도록 추가로 변형된다. 본 명세서에 기술된 변형된 sgRNA는 헤어핀 1 및 헤어핀 2 영역 내에 하나 이상의 변형된 뉴클레오타이드를 추가로 포함한다. 일부 구현예에서, 헤어핀 1 및 2 영역 내 모든 뉴클레오타이드는 변형된 뉴클레오타이드이다. 다른 구현예에서, 변형된 sgRNA의 헤어핀 1 및 2 영역 내 뉴클레오타이드 중 적어도 50%, 적어도 55%, 적어도 60%, 적어도 65%, 적어도 70%, 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 또는 적어도 95%는 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드이다. 일부 구현예에서, 헤어핀 1 및 2 내 모든 뉴클레오타이드는 화학적으로 변형된다.In some embodiments, the sgRNA described herein is further modified to include a highly stable hairpin structure. The modified sgRNA described herein further comprises one or more modified nucleotides within the hairpin 1 and hairpin 2 regions. In some embodiments, all nucleotides within the hairpin 1 and 2 regions are modified nucleotides. In other embodiments, at least 50%, at least 55%, at least 60%, at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, or at least 95% of the nucleotides within the hairpin 1 and 2 regions of the modified sgRNA are chemically modified nucleotides. In some embodiments, all nucleotides within hairpin 1 and 2 are chemically modified.
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 변형된 sgRNA는 변형된 안정한 헤어핀 1 영역을 추가로 포함하되, 변형된 안정한 헤어핀 1 영역은 4개 이상의 염기쌍을 포함하는 연장된 스템 영역을 포함하고 헤어핀 1의 루프는 잠금 핵산을 포함한다. 일부 구현예에서, 변형된 안정한 헤어핀의 연장된 스템 영역은 8개의 염기쌍을 포함한다. 일부 구현예에서, 변형된 안정한 헤어핀의 연장된 스템 영역은 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드에 의해 형성된 8개의 염기쌍을 포함한다. 비제한적인 예로서, 헤어핀의 모든 뉴클레오타이드는 2'-O-메틸 변형을 포함한다.In some embodiments, the modified sgRNA described herein further comprises a modified stable hairpin 1 region, wherein the modified stable hairpin 1 region comprises an extended stem region comprising at least four base pairs, and the loop of the hairpin 1 comprises a locked nucleic acid. In some embodiments, the extended stem region of the modified stable hairpin comprises eight base pairs. In some embodiments, the extended stem region of the modified stable hairpin comprises eight base pairs formed by chemically modified nucleotides. As a non-limiting example, all nucleotides of the hairpin comprise a 2'-O-methyl modification.
sgRNA의 고도로 안정한 헤어핀은 "잠금" 헤어핀을 지칭한다. 잠금 헤어핀은, 예를 들어, 하나 이상의 잠금 핵산을 통합하여 잠금 골격을 형성할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "잠금 핵산"은 리보스가 2'-O,4'-C 메틸렌 가교의 도입에 의해 C3'-엔도 형태로잠금된이환 RNA 유사체를 지칭한다. 바람직한 LNA 단량체 및 그 합성 방법은 또한 미국 특허 제6,043,060호, 제6,268,490호, PCT 출원 WO 01/07455, WO 01/00641, WO 98/39352, WO 00/56746, WO 00/56748 및 WO 00/66604 그리고 다음 논문에 개시되어 있다: Morita 등, Bioorg. Med. Chem. Lett. 12(1):73-76, 2002; Hakansson 등, Bioorg. Med. Chem. Lett. 11(7):935-938, 2001; Koshkin 등, J. Org. Chem. 66(25):8504-8512, 2001; Kvaerno 등, J. Org. Chem. 66(16):5498-5503, 2001; Halkansson 등, J. Org. Chem. 65(17):5161-5166, 2000; Kvaerno 등, J. Org. Chem. 65(17):5167-5176, 2000; Pfundheller 등, Nucleosides Nucleotides 18(9):2017-2030, 1999; 및 Kumar 등, Bioorg. Med. Chem. Lett. 8(16):2219-2222, 1998.Highly stable hairpins of sgRNAs are referred to as "locked" hairpins. Locked hairpins can, for example, incorporate one or more locked nucleic acids to form a locked backbone. The term "locked nucleic acid" as used herein refers to a bicyclic RNA analogue in which the ribose is locked in the C3'-endo conformation by introduction of a 2'-O,4'-C methylene bridge. Preferred LNA monomers and methods for their synthesis are also disclosed in U.S. Patent Nos. 6,043,060 and 6,268,490, PCT Application Nos. WO 01/07455, WO 01/00641, WO 98/39352, WO 00/56746, WO 00/56748, and WO 00/66604, and in the following articles: Morita et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 12(1):73-76, 2002; Hakansson et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 11(7):935-938, 2001; Koshkin et al., J. Org. Chem. 66(25):8504-8512, 2001; Kvaerno et al., J. Org. Chem. 66(16):5498-5503, 2001; Halkansson et al., J. Org. Chem. 65(17):5161-5166, 2000; Kvaerno et al., J. Org. Chem. 65(17):5167-5176, 2000; Pfundheller et al., Nucleosides Nucleotides 18(9):2017-2030, 1999; and Kumar et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 8(16):2219-2222, 1998.
일부 예에서, 헤어핀 영역은2'-O,4'-C-메틸렌 리보뉴클레오사이드(구조 A)를 포함하는 잠금 핵산 또는 LNA를 포함하되, 리보스 당 모이어티는 "잠금" 형태이다. 헤어핀 영역은 적어도 하나의 2′,4′-C-가교 2′ 데옥시리보뉴클레오사이드(CDNA, 구조 B)를 포함한다. 예를 들어, 미국 특허 제6,403,566호 및 Wang 등 (1999) Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters, 제9권: 1147-1150를 참조하며, 둘 모두 본 명세서에 전문이 참조방식으로 원용된다. 잠금 핵산(LNA™)은 리보스 고리가 왓슨-크릭 결합에 이상적인 형태로 "잠금" 되어 있는 고-친화도 RNA 유사체의 한 종류이다. LNA™ 올리고뉴클레오타이드는 상보적인 DNA 또는 RNA 가닥에 혼성화될 때 높은 열 안정성을 나타낸다. 또한, LNA™ 올리고뉴클레오타이드는 기존 DNA 또는 RNA 올리고뉴클레오타이드보다 더 짧게 만들어질 수 있으며 여전히 높은 Tm을 유지한다. LNA™ 올리고뉴클레오타이드는 LNA™와 DNA 또는 RNA의 혼합물로 구성될 수 있다. LNA™의 올리고뉴클레오타이드로의 통합은 PCR, 마이크로어레이, 제자리 혼성화를 비롯한 여러 혼성화 기반 기술에 대한 민감도와 특이성을 개선하는 것으로 나타났다.In some examples, the hairpin region comprises a locked nucleic acid or LNA comprising a 2'-O,4'-C-methylene ribonucleoside (structure A), wherein the ribose sugar moiety is in a "locked" conformation. The hairpin region comprises at least one 2',4'-C-bridged 2' deoxyribonucleoside (CDNA, structure B). See, e.g., U.S. Patent No. 6,403,566 and Wang et al. (1999) Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters, Vol. 9: 1147-1150, both of which are incorporated herein by reference in their entirety. Locked nucleic acids (LNA™) are a class of high-affinity RNA analogues in which the ribose ring is "locked" in a conformation ideal for Watson-Crick binding. LNA™ oligonucleotides exhibit high thermal stability when hybridized to complementary DNA or RNA strands. Additionally, LNA™ oligonucleotides can be made shorter than conventional DNA or RNA oligonucleotides while still maintaining a high Tm. LNA™ oligonucleotides can be composed of a mixture of LNA™ and DNA or RNA. Incorporating LNA™ into oligonucleotides has been shown to improve the sensitivity and specificity of several hybridization-based technologies, including PCR, microarray, and in situ hybridization.
화학적 변형 chemical transformation
일부 구현예에서, 변형된 gRNA는 하나 이상의 화학적으로 변형된 뉴클레오타이드를 추가로 포함한다. 일부 구현예에서, 그러한 변형된 뉴클레오사이드는 변형된 당 모이어티 또는 변형된 핵염기, 또는 변형된 당 모이어티와 변형된 핵염기를 모두 포함한다.In some embodiments, the modified gRNA further comprises one or more chemically modified nucleotides. In some embodiments, such modified nucleosides comprise a modified sugar moiety, a modified nucleobase, or both a modified sugar moiety and a modified nucleobase.
일부 구현예에서, 변형된 sgRNA는 변형된 당 모이어티를 포함하는 하나 이상의 변형된 뉴클레오사이드를 포함한다. 하나 이상의 당 변형된 뉴클레오사이드를 포함하는 그러한 변형된 sgRNA는 그러한 당-변형된 뉴클레오사이드가 없는 가이드 RNA에 비해 바람직한 특성, 예컨대 향상된 뉴클레이스 안정성 또는 표적 핵산과의 증가된 결합 친화도를 가질 수 있다. 특정 구현예에서, 변형된 당 모이어티는 선형 변형된 당 모이어티이다. 특정 구현예에서, 변형된 당 부분은 이환식 또는 삼환식 당 부분이다. 특정 구현예에서, 변형된 당 부분은 당 대체물이다. 그러한 당 대체물은 치환된 당 모이어티의 치환에 대응하는 하나 이상의 치환을 포함할 수 있다.In some embodiments, the modified sgRNA comprises one or more modified nucleosides comprising a modified sugar moiety. Such modified sgRNAs comprising one or more sugar-modified nucleosides may have desirable properties, such as improved nuclease stability or increased binding affinity to a target nucleic acid, compared to guide RNAs lacking such sugar-modified nucleosides. In certain embodiments, the modified sugar moiety is a linear modified sugar moiety. In certain embodiments, the modified sugar moiety is a bicyclic or tricyclic sugar moiety. In certain embodiments, the modified sugar moiety is a sugar substitute. Such a sugar substitute may comprise one or more substitutions corresponding to the substitutions of the substituted sugar moiety.
특정 구현예에서, 변형된 당 모이어티는 하나 이상의 비환식 치환체가 있는 퓨라노실 고리를 포함하는 선형 변형된 당 모이어티이며, 이는 2' 및/또는 5' 위치에서의 치환체를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 선형 변형된 당 모이어티의에 적합한 2'-치환기의 예는 2′-F, 2′-OCH3 ("Ome" 또는 "O-메틸"), 및 2′-O(CH2)2OCH3 ("MOE")을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 특정 구현예에서, 2'-치환기는 할로, 알릴, 아미노, 아지도, SH, CN, OCN, CF3, OCF3, O-C1-C10 알콕시, O-C1-C10 치환된 알콕시, O-C1-C10 알킬, O-C1-C10 치환된 알킬, S-알킬, N(Rm)-알킬, O-알케닐, S-알케닐, N(Rm)-알케닐, O-알키닐, S-알키닐, N(Rm)-알키닐, O-알킬레닐-O-알킬, 알키닐, 알카릴, 아랄킬, O-알카릴, O-아랄킬, O(CH2)2SCH3, O(CH2)2ON(Rm)(Rn) 또는 OCH2C(O)―N(Rm)(Rn)이며, 여기서 각 Rm 및 Rn은 독립적으로 H, 아미노 보호기, 또는 치환되거나 치환되지 않은 C1-C10 알킬이다. 이들 2'-치환기의 특정 구현예는 하이드록실, 아미노, 알콕시, 카복시, 벤질, 페닐, 나이트로(NO2), 싸이올, 싸이오알콕시, 싸이오알킬, 할로젠, 알킬, 아릴, 알케닐 및 알카이닐 중에서 독립적으로 선택된 하나 이상의 치환기로 추가로 치환될 수 있다. 선형 변형된 당 모이어티에 적합한 5'-치환기의 예는 5'-메틸(R 또는 S), 5'-바이닐 및 5'-메톡시를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 특정 구현예에서, 선형 변형된 당은 하나 이상의 비가교 당 치환기, 예를 들어, 2'-F-5'-메틸 당 모이어티(추가적인 2', 5'-비스 치환된 당 모이어티 및 뉴클레오사이드의 경우 PCT 국제 출원 WO 2008/101157 참조)를 포함한.In certain embodiments, the modified sugar moiety is a linear modified sugar moiety comprising a furanosyl ring with one or more acyclic substituents, including but not limited to substituents at the 2' and/or 5' positions. Examples of suitable 2'-substituents for the linear modified sugar moiety include, but are not limited to, 2'-F, 2'-OCH 3 ("Ome" or "O-methyl"), and 2'-O(CH 2 ) 2 OCH 3 ("MOE"). In certain embodiments, the 2'-substituent is halo, allyl, amino, azido, SH, CN, OCN, CF 3 , OCF 3 , OC 1 -C 10 alkoxy, OC 1 -C 10 substituted alkoxy, OC 1 -C 10 alkyl, OC 1 -C 10 substituted alkyl, S-alkyl, N(R m )-alkyl, O-alkenyl, S-alkenyl, N(R m )-alkenyl, O-alkynyl, S-alkynyl, N(R m )-alkynyl, O-alkylenyl-O-alkyl, alkynyl, alkaryl, aralkyl, O-alkaryl, O-aralkyl, O(CH 2 ) 2 SCH 3 , O(CH 2 ) 2 ON(R m )(R n ), or OCH 2 C( O)―N(R m )(R n ), wherein each R m and R n is independently H, an amino protecting group, or a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl. Specific embodiments of these 2'-substituents may be further substituted with one or more substituents independently selected from hydroxyl, amino, alkoxy, carboxy, benzyl, phenyl, nitro (NO 2 ), thiol, thioalkoxy, thioalkyl, halogen, alkyl, aryl, alkenyl, and alkynyl. Examples of suitable 5'-substituents for the linearly modified sugar moiety include, but are not limited to, 5'-methyl (R or S), 5'-vinyl, and 5'-methoxy. In certain embodiments, the linear modified sugar comprises one or more non-bridging sugar substituents, for example, a 2'-F-5'-methyl sugar moiety (for additional 2', 5'-bis substituted sugar moieties and nucleosides, see PCT International Application WO 2008/101157).
특정 구현예에서, 2'-치환 뉴클레오사이드 또는 2'-선형 변형된 뉴클레오사이드는 F, NH2, N3, OCF3, OCH3, O(CH2)3NH2, CH2CHCH2, OCH2CHCH2, OCH2CH2OCH3, O(CH2)2SCH3, O(CH2)2ON(Rm)(Rn), O(CH2)2O(CH2)2N(CH3)2, 및 N-치환 아세트아마이드(OCH2C(O)―N(Rm)(Rn)) 중에서 선택된 선형 2'-치환기를 포함하는 당 모이어티를 포함하며, 여기서 각 Rm 및 Rn은 독립적으로 H, 아미노 보호기, 또는 치환되거나 치환되지 않은 C1-C10 알킬이다.In certain embodiments, the 2'-substituted nucleoside or 2'-linearly modified nucleoside is F, NH 2 , N 3 , OCF 3 , OCH 3 , O(CH 2 ) 3 NH 2 , CH 2 CH CH 2 , OCH 2 CH CH 2 , OCH 2 CH 2 OCH 3 , O(CH 2 ) 2 SCH 3 , O(CH 2 ) 2 ON(R m )(R n ), O(CH 2 ) 2 O(CH 2 ) 2 N(CH 3 ) 2 , and N-substituted acetamides (OCH 2 C( O)―N(R m )(R n )) comprising a sugar moiety comprising a linear 2'-substituent selected from among, wherein each R m and R n is independently H, an amino protecting group, or a substituted or unsubstituted C 1 -C 10 alkyl.
특정 구현예에서, 2'-치환 뉴클레오사이드 또는 2'-선형 변형된 뉴클레오사이드는 F, OCF3, OCH3, OCH2CH2OCH3, O(CH2)2SCH3, O(CH2)20N(CH3)2, O(CH2)2O(CH2)2N(CH3)2, 및 OCH2C(O)―N(H)CH3 ("NMA") 중에서 선택된 선형 2'-치환기를 포함하는 당 모이어티를 포함한다In certain embodiments, the 2'-substituted nucleoside or 2'-linearly modified nucleoside is selected from the group consisting of F, OCF 3 , OCH 3 , OCH 2 CH 2 OCH 3 , O(CH 2 ) 2 SCH 3 , O(CH 2 ) 20 N(CH 3 ) 2 , O(CH 2 ) 2 O(CH 2 ) 2 N(CH 3 ) 2 , and OCH 2 C( O)―N(H)CH 3 (“NMA”) comprises a sugar moiety comprising a linear 2'-substituent selected from
특정 구현예에서, 2'-치환 뉴클레오사이드 또는 2'-선형 변형된 뉴클레오사이드는 F, OCH3, 및 OCH2CH2OCH3로부터 선택된 선형 2'-치환기를 포함하는 당 모이어티를 포함한다.In certain embodiments, the 2'-substituted nucleoside or 2'-linear modified nucleoside comprises a sugar moiety comprising a linear 2'-substituent selected from F, OCH 3 , and OCH 2 CH 2 OCH 3 .
특정 변형된 당 모이어티는 두 번째 고리를 형성하여 이환식 당 모이어티를 생성하는 가교 당 치환기를 포함한다. 특정 그러한 구현예에서, 이환식 당 모이어티는 4'와 2' 퓨라노스 고리 원자 사이에 가교를 포함한다. 그러한 4'에서 2' 가교 당 치환기의 예는 다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는다: 4′-CH2-2′, 4′-(CH2)2-2′, 4′-(CH2)3-2′, 4′-CH2―O-2′ ("LNA"), 4′-CH2―S-2′, 4′-(CH2)2―O-2′ ("ENA"), 4′-CH(CH3)―O-2′ (S 배열일 경우 "제한된 에틸" 또는 "cEt"로 지칭됨), 4′-CH2―O―CH2-2′, 4′-CH2―NI-2′, 4′-CH(CH2OCH3)―O-2′ ("제한된 MOE" 또는 "cMOE") 및 이의 유사체(예를 들어, 미국 특허. 제7,399,845호 참조), 4′-C(CH3)(CH3)―O-2′ 및 이의 유사체(예를 들어, WO2009/006478 참조), 4′-CH2―N(OCH3)-2′ 및 이의 유사체(예를 들어, WO2008/150729 참조), 4′-CH2―O―N(CH3)-2′(예를 들어, US2004/0171570 참조), 4′-CH2―C(H)(CH3)-2′(예를 들어, Chattopadhyaya, 등, J. Org. Chem., 2009, 74, 118-134 참조), 4′-CH2―C(CH2)-2′ 및 이의 유사체(공개된 PCT 국제 출원 WO 2008/154401 참조), 4′-C(RaRbI(R)―O-2′, 4′-C(RaRIO―N(R)-2′, 4IH2―O―N(R)-2′, I 4′-CH2―N(R)―O-2′, 여기서 각 R, Ra, 및 Rb는 독립적으로 H, 보호기, 또는 C1-C12 알킬(예를 들어, 미국 특허 제7,427,672호 참조).Certain modified sugar moieties include a bridging sugar substituent that forms a second ring, thereby creating a bicyclic sugar moiety. In certain such embodiments, the bicyclic sugar moiety includes a bridge between the 4' and 2' furanose ring atoms. Examples of such 4' to 2' bridging sugar substituents include, but are not limited to: 4′-CH 2 -2′, 4′-(CH 2 ) 2 -2′, 4′-(CH 2 ) 3 -2′, 4′-CH 2 ―O-2′ ("LNA"), 4′-CH 2 ―S-2′, 4′-(CH 2 ) 2 ―O-2′ ("ENA"), 4′-CH(CH 3 )―O-2′ (referred to as "constrained ethyl" or "cEt" when in the S configuration), 4′-CH 2 ―O―CH 2 -2′, 4′-CH 2 ―NI-2′, 4′-CH(CH 2 OCH 3 )―O-2′ ("constrained MOE" or "cMOE") and analogs thereof (e.g., U.S. Pat. 7,399,845), 4′-C(CH 3 )(CH 3 )―O-2′ and analogs thereof (see, e.g., WO2009/006478), 4′-CH 2 ―N(OCH 3 )-2′ and analogs thereof (see, e.g., WO2008/150729), 4′-CH 2 ―O―N(CH 3 )-2′ (see, e.g., US2004/0171570), 4′-CH 2 ―C(H)(CH 3 )-2′ (see, e.g., Chattopadhyaya, et al., J. Org. Chem ., 2009, 74, 118-134), 4′-CH 2 ―C( CH 2 )-2′ and analogs thereof (see published PCT International Application WO 2008/154401), 4′-C(R a R b I(R)―O-2′, 4′-C(R a R I O―N(R)-2′, 4IH 2 ―O―N(R)-2′, I 4′-CH 2 ―N(R)―O-2′, wherein each R, R a , and R b is independently H, a protecting group, or C 1 -C 12 alkyl (see, e.g., U.S. Pat. No. 7,427,672).
특정 구현예에서, 그러한 4'에서 2' 가교는 다음에서 독립적으로 선택된 1 내지 4개의 연결된 기를 독립적으로 포함한다: ―[C(Ra)(Rb)]n―, ―[C(Ra)(Rb)]n―O―, ―C(Ra)C(Rb)―, ―C(Ra)N―, ―C(NRa)―, ―C(O)―, ―C(S)―, ―O―, ―Si(Ra)2―, ―S(O)x―, 및 ―N(Ra)―; 여기서 X는 0, 1 또는 2이고, n은 1, 2, 3 또는 4.In certain embodiments, such 4' to 2' bridges independently comprise 1 to 4 linked groups independently selected from: ―[C(R a )(R b )] n ―, ―[C(R a )(R b )] n ―O―, ―C(R a ) C(R b )―, ―C(R a ) N―, ―C( NR a )―, ―C( O)―, ―C( S)―, ―O―, ―Si(R a ) 2 ―, ―S( O) x ―, and ―N(R a )―; where X is 0, 1, or 2, and n is 1, 2, 3, or 4.
일부 구현예에서, 이환식 당 모이어티 및 그러한 이환식 당 모이어티를 포함하는 뉴클레오사이드는 이성질체 배열에 의해 추가로 정의된다. 예를 들어, LNA 뉴클레오사이드(위에 기술됨)는 α-L 배열 또는 β-D 배열일 수 있다. 다른 구현예에서, 변형된 당 모이어티는 당 대체물이다. 그러한 특정 구현예에서, 당 모이어티의 산소 원자는, 예를 들어, 황, 탄소 또는 질소 원자로 대체된다. 특정 구현예에서, 그러한 변형된 당 모이어티는 또한 위에 기술된 가교 및/또는 비-가교 치환체를 포함한다. 예를 들어, 특정 당 대체물은 4'-황 원자와 2'- 위치(예를 들어, US2005/0130923 참조) 및/또는 5' 위치의 치환을 포함한다.In some embodiments, the bicyclic sugar moiety and the nucleoside comprising such bicyclic sugar moiety are further defined by the isomeric configuration. For example, an LNA nucleoside (described above) may be in the α-L configuration or the β-D configuration. In other embodiments, the modified sugar moiety is a sugar substitute. In certain such embodiments, an oxygen atom of the sugar moiety is replaced with, for example, a sulfur, carbon, or nitrogen atom. In certain embodiments, such modified sugar moieties also include bridging and/or non-bridging substituents as described above. For example, certain sugar substitutes include substitutions at the 4'-sulfur atom and the 2'-position (see, e.g., US2005/0130923) and/or the 5'-position.
일부 구현예에서, 당 기에서의 변형은 리보스 기의 2' 위치에서의 변형일 수 있다. 일부 구현예에서, 리보스 기의 2' 위치에서의 변형은 2'-O-메틸, 2'-플루오로, 2'-데옥시 및 2'-O-(2-메톡시에틸)로 구성된 군에서 선택된다. In some embodiments, the modification at the 2' position of the ribose group may be a modification at the 2' position of the ribose group. In some embodiments, the modification at the 2' position of the ribose group is selected from the group consisting of 2'-O-methyl, 2'-fluoro, 2'-deoxy, and 2'-O-(2-methoxyethyl).
한 구현예에서, 변형된 gRNa의에서 하나 이상의 변형은 2'OMe 변형, 예컨대 2'-O-메틸(M) 뉴클레오타이드, 2'-O-메틸 3'-포스포로싸이오에이트(MS)뉴클레오타이드, 2'-O-메틸 3'-싸이오PACE(MSP) 뉴클레오타이드, 또는 이들의 조합을 포함한다.In one embodiment, one or more modifications in the modified gRNa comprises a 2'OMe modification, such as a 2'-O-methyl (M) nucleotide, a 2'-O-methyl 3'-phosphorothioate (MS) nucleotide, a 2'-O-methyl 3'-thioPACE (MSP) nucleotide, or a combination thereof.
일부 구현예에서, 변형된 sgRNA는 변형된 핵염기를 포함하는 하나 이상의 뉴클레오사이드를 포함한다. 특정 구현예에서, 변형된 sgRNA는 무염기성 뉴클레오사이드로 지칭되는 핵염기를 포함하지 않는 하나 이상의 뉴클레오사이드를 포함한다.In some embodiments, the modified sgRNA comprises one or more nucleosides comprising a modified nucleobase. In certain embodiments, the modified sgRNA comprises one or more nucleosides that do not comprise a nucleobase, referred to as an abasic nucleoside.
일부 구현예에서, 변형된 핵염기는 5-치환 피리미딘, 6-아자피리미딘, 알킬 또는 알카이닐 치환 피리미딘, 알킬 치환 퓨린, 및 N-2, N-6 및 O-6 치환 퓨린 중에서 선택된다. 특정 구현예에서, 변형된 핵염기는 2-아미노프로필아데닌, 5-하이드록시메틸 사이토신, 잔틴, 하이포잔틴 2-아미노아데닌, 6-N-메틸구아닌, 6-N-메틸아데닌, 2-프로필아데닌, 2-싸이오유라실, 2-싸이오타이민 및 2-싸이오사이토신, 5-프로피닐(―C≡C―CH3) 유라실, 5-프로피닐사이토신, 6-아조유라실, 6-아조사이토신, 6-아조타이민, 5-리보실유라실(슈도우라실), 4-싸이오유라실, 8-할로, 8-아미노, 8-싸이올, 8-싸이오알킬, 8-하이드록실, 8-아자 및 기타 8-치환 퓨린, 5-할로, 특히 5-브로모, 5-트라이플루오로메틸, 5-할로유라실 및 5-할로사이토신, 7-메틸구아닌, 7-메틸아데닌, 2-F-아데닌, 2-아미노아데닌 , 7-데아자구아닌, 7-데아자아데닌, 3-데아자구아닌, 3-데아자아데닌, 6-N-벤조일아데닌, 2-N-아이소뷰티릴구아닌, 4-N-벤조일사이토신, 4-N-벤조일유라실, 5-메틸 4-N-벤조일사이토신, 5-메틸 4-N-벤조일유라실, 범용 염기, 소수성 염기, 무차별 염기, 크기 확장 염기, 및 불소화 염기 중에서 선택된다. 추가적으로 변형된 핵염기에는 1,3-디아자페녹사진-2-온, 1,3-디아자페노티아진-2-온, 및 9-(2-아미노에톡시)-1,3-디아자페녹사진-2-온(G-클램프)과 같은 삼환식 피리미딘이 포함된다. 변형된 핵염기는 또한 퓨린 또는 피리미딘 염기가 다른 헤테로고리로 대체된 것들을 포함할 수 있다(예를 들어, 7-데아자-아데닌, 7-데아자구아노신, 2-아미노피리딘 및 2-피리돈).In some embodiments, the modified nucleobase is selected from a 5-substituted pyrimidine, a 6-azapyrimidine, an alkyl or alkynyl substituted pyrimidine, an alkyl substituted purine, and an N-2, N-6, and O-6 substituted purine. In certain embodiments, the modified nucleobases are selected from the group consisting of 2-aminopropyladenine, 5-hydroxymethyl cytosine, xanthine, hypoxanthine 2-aminoadenine, 6-N-methylguanine, 6-N-methyladenine, 2-propyladenine, 2-thiouracil, 2-thiothymine and 2-thiocytosine, 5-propynyl(―C≡C―CH 3 ) uracil, 5-propynylcytosine, 6-azouracil, 6-azoyitosine, 6-azothymine, 5-ribosyluracil (pseudouracil), 4-thiouracil, 8-halo, 8-amino, 8-thiol, 8-thioalkyl, 8-hydroxyl, 8-aza and other 8-substituted purines, 5-halo, particularly 5-bromo, 5-trifluoromethyl, 5-halouracil and 5-halocytosine, 7-methylguanine, 7-methyladenine, 2-F-adenine, 2-aminoadenine, 7-deazaguanine, 7-deazaadenine, 3-deazaguanine, 3-deazaadenine, 6-N-benzoyladenine, 2-N-isobutyryl guanine, 4-N-benzoylcytosine, 4-N-benzoyluracil, 5-methyl 4-N-benzoylcytosine, 5-methyl 4-N-benzoyluracil, universal bases, hydrophobic bases, promiscuous bases, size-extending bases, and fluorinated bases. Additionally, modified nucleobases include tricyclic pyrimidines such as 1,3-diazaphenoxazin-2-one, 1,3-diazaphenothiazin-2-one, and 9-(2-aminoethoxy)-1,3-diazaphenoxazin-2-one (G-clamp). Modified nucleobases may also include those in which the purine or pyrimidine base is replaced by another heterocycle (e.g., 7-deaza-adenine, 7-deazaguanosine, 2-aminopyridine, and 2-pyridone).
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 변형된 sgRNA의 뉴클레오사이드는 임의의 뉴클레오사이드간 결합을 사용하여 서로 결합될 수 있다. 뉴클레오시드간 결합기의 두 가지 주요 부류는 인 원자의 존재 여부에 따라 정의된다. 대표적인 인-함유 뉴클레오사이드간 결합은 포스포다이에스터 결합("PO")(변형되지 않은 또는 자연 발생 결합으로도 지칭됨)을 포함하는 인산염, 포스포트라이에스터, 메틸포스포네이트, 포스포라미데이트 및 포스포로싸이오에이트("PS") 및 포스포로다이싸이오에이트("HS―PS")를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 대표적인 비-인-함유 뉴클레오사이드간 결합기는 메틸렌메틸이미노(―CH2―N(CH3)―O―CH2―), 싸이오다이에스터(―O―C(O)―S―), 싸이오노카바메이트(―O―C(O)(NH)―S―); 실록세인(―O―SiH2―O―); 및 N,N'-다이메틸하이드라진(―CH2―N(CH3)―N(CH3)―)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 자연 발생 포스페이트 결합과 비교하여 변형된 뉴클레오시드간 결합은 올리고뉴클레오티드의 뉴클레아제 저항성을 변경하고 전형적으로 증가시키는데 사용 될수 있다. 특정 실시예에서, 키랄 원자를 갖는 뉴클레오시드간 결합은 라세미 혼합물 또는 별도의 거울상이성질체로 제조될 수 있다. 대표적인 카이랄 뉴클레오사이드간 연결은 알킬포스포네이트 및 포스포로싸이에이트를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 인 포함 및 인 포함하지 않는 뉴클레오시드간 결합의 제조 방법은 당업자에게 잘 알려져 있다.In some embodiments, the nucleosides of the modified sgRNAs described herein can be linked to each other using any internucleoside linkage. Two major classes of internucleoside linkages are defined by the presence or absence of a phosphorus atom. A representative phosphorus-containing internucleoside linkage is a phosphodiester linkage ("P Phosphates, phosphotriesters, methylphosphonates, phosphoramidates and phosphorothioates ("P") containing (also referred to as unmodified or naturally occurring linkages) S") and phosphorodithioate ("HS―P S"). Representative non-phosphorus-containing internucleoside linking groups include methylenemethylimino (―CH 2 ―N(CH 3 )―O―CH 2 ―), thiodiester (―O―C( O)―S―), thionocarbamate (―O―C( O)(NH)―S―); siloxane (―O―SiH 2 ―O―); and N,N'-dimethylhydrazine (―CH 2 ―N(CH 3 )―N(CH 3 )―). Modified internucleoside linkages compared to naturally occurring phosphate linkages can be used to modify and typically increase the nuclease resistance of oligonucleotides. In certain embodiments, internucleoside linkages having chiral atoms can be prepared as racemic mixtures or as separate enantiomers. Representative chiral internucleoside linkages include, but are not limited to, alkylphosphonates and phosphorothioates. Methods for preparing phosphorus-containing and phosphorus-free internucleoside linkages are well known to those skilled in the art.
중성 뉴클레오사이드간 결합은, 제한없이, 포스포트라이에스터, 메틸포스포네이트, MMI(3′-CH2―N(CH3)―O-5′), 아마이드-3(3′-CH2―C(O)―N(H)-5′), 아마이드-4(3′-CH2―N(H)―C(O)-5′), 폼아세탈(3′-O―CH2―O-5′), 메톡시프로필, 및 싸이오폼아세탈(3′-S―CH2―O-5′)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 추가적인 중성 뉴클레오사이드간 결합은 실록세인(다이알킬실록세인), 카복실레이트 에스터, 카복사마이드, 황화물, 설포네이트 에스터 및 아마이드를 포함하는 비이온성 결합을 포함한다(예를 들어: Carbohydrate Modifications in Antisense Research; Y. S. Sanghvi 및 P. D. Cook, 편집, ACS Symposium Series 580; 3장 및 4장, 40-65 참조 바람). 추가적인 중성 뉴클레오사이드간 결합은 혼합된 N, O, S 및 CH2 성분 부분을 포함하는 비이온성 결합을 포함한다.Neutral internucleoside linkages include, without limitation, phosphotriester, methylphosphonate, MMI(3′-CH 2 ―N(CH 3 )―O-5′), amide-3(3′-CH 2 ―C( O)―N(H)-5′), amide-4(3′-CH 2 ―N(H)―C( Additional neutral internucleoside linkages include, but are not limited to, 3′-O—CH 2 —O-5′), formacetal (3′-O—CH 2 —O-5′), methoxypropyl, and thioformacetal (3′-S—CH 2 —O-5′). Additional neutral internucleoside linkages include nonionic linkages involving siloxanes (dialkylsiloxanes), carboxylate esters, carboxamides, sulfides, sulfonate esters, and amides (see, e.g., Carbohydrate Modifications in Antisense Research ; YS Sanghvi and PD Cook, eds., ACS Symposium Series 580; Chapters 3 and 4, pp. 40-65). Additional neutral internucleoside linkages include nonionic linkages involving mixed N, O, S, and CH 2 moieties.
일부 구현예에서, 인산기에서의 하나 이상의 화학적 변형은 포스포로싸이오에이트 변형일 수 있다.In some embodiments, one or more chemical modifications at the phosphate group may be a phosphorothioate modification.
일부 구현예에서, 변형된 sgRNA는 변형된 gRNA 뉴클레오타이드 서열의 5'-말단(예를 들어, 5'-말단의 종결 뉴클레오타이드) 또는 5'-말단 근처(예를 들어, 5' 말단의 종결 뉴클레오타이드 중 1, 2, 3, 4 또는 5개의 뉴클레오타이드 내)의 1개의 변형된 뉴클레오타이드 및 변형된 gRNA 뉴클레오타이드 서열의 3' 말단(예를 들어, 3'-말단의 종결 뉴클레오타이드) 또는 3'-말단 근처(예를 들어, 3' 말단의 1, 2, 3, 4 또는 5개의 뉴클레오타이드 내)의 1개의 변형된 뉴클레오타이드를 포함한다.In some embodiments, the modified sgRNA comprises one modified nucleotide at the 5'-end (e.g., at the terminal nucleotide at the 5'-end) or near the 5'-end (e.g., within 1, 2, 3, 4, or 5 nucleotides of the terminal nucleotide at the 5'-end) of the modified gRNA nucleotide sequence and one modified nucleotide at the 3'-end (e.g., at the terminal nucleotide at the 3'-end) or near the 3'-end (e.g., within 1, 2, 3, 4, or 5 nucleotides of the 3'-end) of the modified gRNA nucleotide sequence.
일부 구현예에서, 변형된 sgRNA는 변형된 gRNA 뉴클레오타이드 서열의 5'-말단(예를 들어, 5'-말단의 종결 뉴클레오타이드) 또는 5'-말단 근처(예를 들어, 5' 말단의 종결 뉴클레오타이드 중 1, 2, 3, 4 또는 5개의 뉴클레오타이드 내)에서 시작하는 2개의 연속 또는 비연속 변형된 뉴클레오타이드 및/또는 변형된 gRNA 뉴클레오타이드 서열의 3' 말단(예를 들어, 3'-말단의 종결 뉴클레오타이드) 또는 3'-말단 근처(예를 들어, 3' 말단의 1, 2, 3, 4 또는 5개의 뉴클레오타이드 내)에서 시작하는 2개의 연속적 또는 비연속 변형된 뉴클레오타이드를 포함한다.In some embodiments, the modified sgRNA comprises two consecutive or non-contiguous modified nucleotides starting at the 5'-end (e.g., at the terminal nucleotide at the 5'-end) or near the 5'-end (e.g., within 1, 2, 3, 4, or 5 nucleotides of the terminal nucleotide at the 5'-end) of the modified gRNA nucleotide sequence and/or two consecutive or non-contiguous modified nucleotides starting at the 3'-end (e.g., at the terminal nucleotide at the 3'-end) or near the 3'-end (e.g., within 1, 2, 3, 4, or 5 nucleotides of the 3'-end) of the modified gRNA nucleotide sequence.
기타 영역 및 변형Other areas and variations
일부 구현예에서, 변형된 gRNA는 5' 말단에 변형된 뉴클레오타이드를 포함한다. 일부 구현예에서, sgRNA의 5' 말단은 Cas 단백질, 예를 들어, Cas9 단백질을 표적 뉴클레오타이드 서열을 지향하도록 기능하는 스페이서 또는 가이드 영역을 포함한다. 일부 구현예에서, 5' 말단은 가이드 영역을 포함하지 않는다. 일부 구현예에서, 5' 말단은 스페이서 및Cas 단백질을 표적 뉴클레오타이드 영역을 지향하도록 기능하는 추가적인 뉴클레오타이드를 포함한다.In some embodiments, the modified gRNA comprises a modified nucleotide at its 5' end. In some embodiments, the 5' end of the sgRNA comprises a spacer or guide region that functions to direct a Cas protein, e.g., a Cas9 protein, to a target nucleotide sequence. In some embodiments, the 5' end does not comprise a guide region. In some embodiments, the 5' end comprises a spacer and additional nucleotides that function to direct the Cas protein to the target nucleotide region.
sgRNA는 sgRNA의 마지막 뉴클레오타이드인 3' 단부를 갖는다. 3' 말단 영역은 3' 단부로부터 마지막 1 내지 7개의 뉴클레오타이드를 포함한다. 일부 구현예에서, 3' 단부는 헤어핀 2의 단부이다. 일부 구현예에서, sgRNA는 헤어핀 영역(들) 이후에 뉴클레오타이드를 포함한다. 일부 구현예에서, sgRNA는 3' 테일 영역을 포함하고, 이 경우에 3' 테일의 마지막 뉴클레오타이드는 3' 말단이다. 일부 구현예에서, 3' 테일은, 예를 들어, 헤어핀의 2차 구조와 결합되지 않은, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15 또는 20개 이상의 뉴클레오타이드를 포함한다. 일부 구현예에서, 3' 테일 영역은 헤어핀의 2차 구조와 회합되지 않은 1, 2, 3, 또는 4개의 뉴클레오타이드를 포함한다. 일부 구현예에서, 3' 테일 영역은 헤어핀의 2차 구조와 회합되지 않은 4개의 뉴클레오타이드를 포함한다. 일부 구현예에서, 3' 테일 영역은 헤어핀의 2차 구조와 회합되지 않은 1, 2 또는 3개의 뉴클레오타이드를 포함한다.The sgRNA has a 3' end, which is the last nucleotide of the sgRNA. The 3' end region comprises the last 1 to 7 nucleotides from the 3' end. In some embodiments, the 3' end is the end of hairpin 2. In some embodiments, the sgRNA comprises nucleotides after the hairpin region(s). In some embodiments, the sgRNA comprises a 3' tail region, in which case the last nucleotide of the 3' tail is the 3' terminus. In some embodiments, the 3' tail comprises, for example, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, or 20 or more nucleotides that are not associated with the secondary structure of the hairpin. In some embodiments, the 3' tail region comprises 1, 2, 3, or 4 nucleotides that are not associated with the secondary structure of the hairpin. In some embodiments, the 3' tail region comprises 4 nucleotides that are not associated with the secondary structure of the hairpin. In some embodiments, the 3' tail region comprises 1, 2, or 3 nucleotides that are not associated with the secondary structure of the hairpin.
일부 구현예에서, 변형된 gRNA는 표적 핵산의 서열에 상보적인 표적 핵산 서열을 추가로 포함한다. 상보적인 서열은 길이가 약 20개의 뉴클레오타이드이다. 일부 구현예에서, 상보적인 뉴클레오타이드 서열 내 뉴클레오타이드 중 적어도 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개, 또는 그 이상이 변형된 뉴클레오타이드이다. 특정 경우에, 상보적인 뉴클레오타이드 서열 내 뉴클레오타이드(예를 들어, 길이가 약 20개 뉴클레오타이드인 제1 뉴클레오타이드 서열) 중 약 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 또는 20개는 변형된 뉴클레오타이드이다. 다른 경우에, 상보적인 뉴클레오타이드 서열 내 모든 뉴클레오타이드(예를 들어, 길이가 약 20개 뉴클레오타이드인 상보적인 뉴클레오타이드 서열)는 변형된 뉴클레오타이드이다. 일부 경우에, 변형된 뉴클레오타이드는 상보적인 뉴클레오타이드 서열의 5'-말단(예를 들어, 5'-말단의 종결 뉴클레오타이드) 또는 5'-말단 근처(예를 들어, 5'-말단의 종결 뉴클레오타이드 중 1, 2, 3, 4, 또는 5개의 뉴클레오타이드 내) 및/또는 상보인적 뉴클레오타이드 서열 내의 내부 위치에 위치한다. 다른 경우에, 제1 뉴클레오타이드 서열의 뉴클레오타이드 중 약 10% 내지 약 30%는 변형된 뉴클레오타이드이다.In some embodiments, the modified gRNA further comprises a target nucleic acid sequence complementary to the sequence of the target nucleic acid. The complementary sequence is about 20 nucleotides in length. In some embodiments, at least 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, or more nucleotides in the complementary nucleotide sequence are modified nucleotides. In certain cases, about 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, or 20 of the nucleotides in the complementary nucleotide sequence (e.g., a first nucleotide sequence that is about 20 nucleotides in length) are modified nucleotides. In other cases, all nucleotides within the complementary nucleotide sequence (e.g., a complementary nucleotide sequence that is about 20 nucleotides in length) are modified nucleotides. In some cases, the modified nucleotide is located at the 5'-end (e.g., at the terminal nucleotide at the 5'-end) or near the 5'-end (e.g., within 1, 2, 3, 4, or 5 nucleotides of the terminal nucleotide at the 5'-end) of the complementary nucleotide sequence and/or at an internal position within the complementary nucleotide sequence. In other cases, about 10% to about 30% of the nucleotides of the first nucleotide sequence are modified nucleotides.
예시적인 gRNA 서열Exemplary gRNA sequences
일부 구현예에서, 본 개시내용은 LONGEST gRNA를 제공한다. 표 1은 화학적 변형이 있는 일부 예시적인 LONGEST gRNA를 포함한다.In some embodiments, the present disclosure provides LONGEST gRNAs. Table 1 includes some exemplary LONGEST gRNAs with chemical modifications.
(서열번호: 51)mNsmNsmNsNNNNNNNNNNNNNNNNNNGUUUUAGAmGmCmCmGmGmCmGmGmAmAmAmCmGmCmCmGmGmCAAGUUAAAAUAA GGCUAGUCCGUUAUCAmAmCmUmUmGmAmAmAmAmAmGmUmGmGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUsmUsmUsmU
(Sequence number: 51)
N = 뉴클레오타이드; mN = 2'-OMe 변형된 뉴클레오타이드; Ns = 포스포로싸이오에이트 뉴클레오타이드N = nucleotide; mN = 2'-OMe modified nucleotide; Ns = phosphorothioate nucleotide
xn(n=2 내지 10)GUUUUAGAGCUAN x1-n GAAANy 1-n UAGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU(SEQ ID NO: 42)yn(n=2 to 10)
xn(n=2 to 10)
yn(n=2 내지 10)
xn(n=2 내지 10)GUUUUAGAmGmCmUmAm ( N 43)
yn(n=2 to 10)
xn(n=2 to 10)
yn(n=5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)
xn(n=, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)GUUUUAGAN xn GAAANy n AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGC(Hairpin2) UUUU(SEQ ID NO: 23)
yn(n=5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)
xn(n=, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)
yn(n=5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)
xn(n=5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)GUUUUAGA m ( N
yn(n=5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)
xn(n=5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15)
N = 뉴클레오타이드; mN = 2'-OMe 변형된 뉴클레오타이드; Ns = 포스포로싸이오에이트 뉴클레오타이드N = nucleotide; mN = 2'-OMe modified nucleotide; Ns = phosphorothioate nucleotide
변형된 가이드 RNA의 합성 Synthesis of modified guide RNA
본 개시내용에 기술된 것은 또한 본 명세서에 기술된 변형된 gRNA를 합성하기 위한 방법을 포함한다. 일부 구현예에서, 트랜스-활성화 RNA (tracrRNA)인 제1 RNA 서열과 표적 서열에 상보적인 서열을 포함하는 클러스링된 규칙적인 짧은 회문구조 반복서열(CRISPR) RNA(crRNA)을 포괄하는 제2 RNA 서열이 본 명세서에 기술된 변형된 sgRNA를 합성하기 위해 제공된다.The present disclosure also includes methods for synthesizing a modified gRNA as described herein. In some embodiments, a first RNA sequence, which is a trans-activating RNA (tracrRNA), and a second RNA sequence comprising a clustered regularly spaced short palindromic repeat (CRISPR) RNA (crRNA) sequence complementary to a target sequence are provided for synthesizing a modified sgRNA as described herein.
일부 구현예에서, 제1 RNA 서열 및 제2 RNA 서열은 함께 라이게이션된다. 본 명세서에 기술된 라이게이션 전략은 가이드 RNA를 비롯한 합성 RNA를 합성하는 데 사용된 이전에 보고된 화학 라이게이션 전략과 다르다. 본 세그먼트화된 합성 접근법을 사용하는 것의 이점은 RNA의 짧은 섹션이 전장 gRNA와 비교하여 정제 후 더 큰 순도로 생산될 수 있다는 점이다. 이 접근법에서 5 '수용체는 가장 작은 RNA 단편(약 30 내지 50 nts)이므로 라이게이션 전에 높은 수준으로 정제될 수 있다. 3' 공여자는 합성에 필요한 인산염으로 종결되므로 전장 단편만이 전장 생성물에 통합될 것이다(즉, 절단체는 기질이 아니다).In some embodiments, the first RNA sequence and the second RNA sequence are ligated together. The ligation strategy described herein differs from previously reported chemical ligation strategies used to synthesize synthetic RNAs, including guide RNAs. An advantage of using this segmented synthesis approach is that shorter sections of RNA can be produced with greater purity after purification compared to the full-length gRNA. In this approach, the 5' acceptor is the smallest RNA fragment (approximately 30 to 50 nts) and can therefore be highly purified prior to ligation. The 3' donor is terminated with a phosphate required for synthesis, so only the full-length fragment will be incorporated into the full-length product (i.e., the cleavage is not a substrate).
일부 구현예에서, 본 변형된 gRNA는 자가-주형 접근법을 사용하여 합성된다. 변형된 gRNA를 합성하기 위한 방법은 상보성을 갖는 제1 RNA 서열 및 제2 RNA 서열을 제공하되, 상보성은 염기 페어링 및 제1 RNA와 제2 RNA 사이의 스템 루프의 생성을 허용하는 단계; 스템 루프 내의 라이게이션 효소를 이용하여 제1 RNA와 제2 RNA를 라이게이션하여 변형된 gRNA를 생성하는 단계를 포함한다. 이를 통해 제1 RNA와 제2 RNA 사이에 형성되는 나선 또는 기타 구조를 사용하여 두 RNA의 효소적 라이게이션을 형성할 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 RNA와 제2 RNA 사이에 형성되는 구조의 길이와 서열 조성물은 비공유 결합을 촉진하고 RNA 라이게이션에 적합한 효소에 대한 최적의 라이게이션 부위를 생성하도록 변형된다.In some embodiments, the modified gRNA is synthesized using a self-templating approach. A method for synthesizing the modified gRNA comprises providing a first RNA sequence and a second RNA sequence having complementarity, wherein the complementarity allows for base pairing and the formation of a stem loop between the first RNA and the second RNA; ligating the first RNA and the second RNA using a ligation enzyme within the stem loop to produce the modified gRNA. This allows for the formation of an enzymatic ligation of the two RNAs using a helix or other structure formed between the first RNA and the second RNA. In some embodiments, the length and sequence composition of the structure formed between the first RNA and the second RNA are modified to promote non-covalent bonding and to create an optimal ligation site for an enzyme suitable for RNA ligation.
제1 RNA 서열과 제2 RNA 서열의 뉴클레오타이드 구간 간의 상보성은 부분적이거나 완전할 수 있다. 상보성을 통해 상보적인 뉴클레오타이드 간의 염기 페어링이 가능해진다. 부분적으로 상보적인 영역에서는, 불일치하는 뉴클레오타이드로 인해 제1 RNA 서열과 제2 RNA 서열 사이에 돌출부 또는 루프 구조가 형성된다. 다양한 변형된 gRNA의 구조, 예컨대 longest 상부 스템, 스템 루프, 하부 스템, 헤어핀, 오버행, 블런트 말단 또는 돌출부는 두 RNA 서열 간의 혼성화를 바탕으로 제1 RNA 서열과 제2 RNA 서열 사이에 형성될 수 있다.The complementarity between the nucleotide segments of the first RNA sequence and the second RNA sequence can be partial or complete. Complementarity allows base pairing between complementary nucleotides. In the partially complementary region, the mismatched nucleotides form an overhang or loop structure between the first and second RNA sequences. Various modified gRNA structures, such as a longest upper stem, stem loop, lower stem, hairpin, overhang, blunt end, or overhang, can be formed between the first and second RNA sequences based on hybridization between the two RNA sequences.
다양한 라이게이스가 본 명세서에 기술된 방법으로 사용될 수 있다. 예를 들어, T4 RNA 라이게이스 1, T4 RNA 라이게이스 2, RtcB 라이게이스, 열 안정 5′ App DNA/RNA 라이게이스, 전기 라이게이스, T4 DNA 라이게이스, T3 DNA 라이게이스, T7 DNA 라이게이스, Taq DNA 라이게이스, SplintR 라이게이스, 대장균 DNA 라이게이스, 9°N DNA 라이게이스, 서클 라이게이스, 서클 라이게이스 II, DNA 라이게이스 I, DNA 라이게이스 III 및 DNA 라이게이스 IV 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 일부 구현예에서, T4 RNA 라이게이스 1은 종결 루프에서 제1 RNA와 제2 RNA를 라이게이션하는 데 사용된다. 일부 구현예에서, T4 RNA 라이게이스 2는 제1 RNA 서열과 제2 RNA 서열 사이에 형성된 스템 내에서 제1 RNA 서열과 제2 RNA 서열을 라이게이션하는 데 사용된다.A variety of ligases can be used in the methods described herein. For example, one or more of T4 RNA ligase 1, T4 RNA ligase 2, RtcB ligase, thermostable 5′ App DNA/RNA ligase, electro-ligase, T4 DNA ligase, T3 DNA ligase, T7 DNA ligase, Taq DNA ligase, SplintR ligase, E. coli DNA ligase, 9°N DNA ligase, circle ligase, circle ligase II, DNA ligase I, DNA ligase III, and DNA ligase IV can be used. In some embodiments, T4 RNA ligase 1 is used to ligate the first RNA and the second RNA at the termination loop. In some embodiments, T4 RNA ligase 2 is used to ligate the first RNA sequence and the second RNA sequence within the stem formed between the first RNA sequence and the second RNA sequence.
이 접근법을 사용하여 다양한 종류의 라이게이션, 예를 들어, 제1 RNA 서열과 제2 RNA 서열 사이에 형성된 헤어핀의 종결 루프 내에서 라이게이션이 가능하다. 다양한 라이게이스, 예컨대 T4 RNA 라이게이스 1이 헤어핀의 종결 루프에서 형성되는 라이게이션에 적합하다. 이러한 접근법으로 가능한 또 다른 유형의 라이게이션은 제1 RNA와 제2 RNA 사이에 형성된 듀플렉스 내에서의 라이게이션이다. 다양한 라이게이스, 예컨대 T4 RNA 라이게이스 2 및 DNA 라이게이스가 두 RNA 사이에 형성된 듀플렉스에서의 라이게이션에 적합하다.This approach allows for a variety of ligations, including ligation within the terminal loop of a hairpin formed between a first RNA sequence and a second RNA sequence. Various ligases, such as T4 RNA ligase 1, are suitable for ligation within the terminal loop of a hairpin. Another type of ligation possible with this approach is ligation within a duplex formed between a first RNA and a second RNA. Various ligases, such as T4 RNA ligase 2 and DNA ligase, are suitable for ligation within a duplex formed between two RNAs.
일부 구현예에서, 본 개시내용의 변형된 gRNA는 스플린트 주형 접근법을 사용하여 합성될 수 있다. 일부 구현예에서, 스플린트는 합성 RNA의 생산에 사용된다. 스플린트를 사용하면 스플린트를 주형으로 사용하는 반응을 위해 하나 이상의 RNA 분자를 물리적으로 근접하게 가져올 수 있다. 2개 이상의 RNA를 연결해야 하는 경우, 스플린트를 사용하면 본 명세서에 기술된 변형된 sgRNA와 같은 합성 RNA의 생성이 용이해진다. 일부 구현예에서, 스플린트는 하나 이상의 RNA 분자를 근접하게 가져올 수 있는 임의의 적합한 중합체일 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 스플린트는 RNA 분자 또는 DNA 분자이다.In some embodiments, the modified gRNAs of the present disclosure can be synthesized using a splint template approach. In some embodiments, splints are used to produce synthetic RNAs. Using splints allows one or more RNA molecules to be brought into physical proximity for a reaction using the splint as a template. When two or more RNAs need to be linked, using splints facilitates the production of synthetic RNAs, such as the modified sgRNAs described herein. In some embodiments, the splint can be any suitable polymer capable of bringing one or more RNA molecules into close proximity. For example, in some embodiments, the splint is an RNA molecule or a DNA molecule.
일부 구현예에서, 스플린트는 제1 RNA 서열 및 제2 RNA 서열의 일부에 대해 상보성을 갖는다. 상보성은 부분적이거나 완전할 수 있다. 따라서, 일부 구현예에서, 변형된 gRNA를 생산하는 방법은 5' 인산기를 포함하는 제1 RNA를 제공하는 단계; 자유 3'-하이드록실기를 포함하는 제2 RNA를 제공하는 단계; 제1 RNA 및 제2 RNA에 대해 부분 상보성을 갖는 올리고뉴클레오타이드를 제공하되, 올리고뉴클레오타이드의 상보성은 제1 및 제2 RNA와 염기 페어링을 가능하게 하는 단계; 및 제1 및 제2 RNA 사이의 라이게이션을 촉매하는 라이게이스를 제공하여 gRNA를 생산하는 단계를 포함한다.In some embodiments, the splint has complementarity to a portion of a first RNA sequence and a second RNA sequence. The complementarity may be partial or complete. Thus, in some embodiments, a method for producing a modified gRNA comprises providing a first RNA comprising a 5' phosphate group; providing a second RNA comprising a free 3'-hydroxyl group; providing an oligonucleotide having partial complementarity to the first RNA and the second RNA, wherein the complementarity of the oligonucleotide allows base pairing with the first and second RNAs; and providing a ligase that catalyzes ligation between the first and second RNAs, thereby producing the gRNA.
일부 구현예에서, 비-주형 접근법이 본 명세서에 기술된 변형된 sgRNA를 생산하기 위해 사용된다. 비-주형 접근법의 일부 구현예에서, 5' 인산기(예컨대 5' 모노인산기)를 갖는 제1 RNA가 제공되고, 차단된 3' 말단(예컨대 차단된 3' OH)을 포함하는 제2 RNA가 제공된다. 제2 RNA의 3' OH를 차단하는 것의 목적은 라이게이션이 발생할 때 제2 RNA가 비-주형 메커니즘을 통해 고리화되지 않도록 하는 것이다. 예를 들어, 이러한 비-주형 접근법을 사용하는 것은 화학적으로 차단되거나 제거되는 공여체 분자의 3' 종결 말단의 3' 하이드록실기를 포함하는 제2 RNA(예를 들어, 다이데옥시뉴클레오타이드)를 포함할 수 있고, 효소(특히 T4 RNA 라이게이스 1)는 제1 RNA와 제2 RNA 사이의 적절한 라이게이션을 촉매할 수 있다. 일부 구현예에서, 이러한 라이게이션 전략은 고농도에서 수행된다.In some embodiments, a non-template approach is used to produce the modified sgRNAs described herein. In some embodiments of the non-template approach, a first RNA having a 5' phosphate group (e.g., a 5' monophosphate group) is provided, and a second RNA comprising a blocked 3' terminus (e.g., a blocked 3' OH group) is provided. The purpose of blocking the 3' OH group of the second RNA is to prevent the second RNA from cyclizing via a non-template mechanism when ligation occurs. For example, using such a non-template approach can include a second RNA (e.g., a dideoxynucleotide) comprising a 3' hydroxyl group at the 3' terminal end of a donor molecule that is chemically blocked or removed, and an enzyme (particularly T4 RNA ligase 1) can catalyze the appropriate ligation between the first RNA and the second RNA. In some embodiments, this ligation strategy is performed at high concentrations.
일부 측면에서, 합성 RNA를 생성하는 비-주형 접근법은 5'-모노포스페이트를 포함하는 제1 RNA를 제공하는 단계; 차단된 3' 말단을 포함하는 제2 RNA를 제공하는 단계; 및 제1 및 제2 RNA 사이의 라이게이션을 촉매하는 라이게이스를 제공하여 본 명세서에 기술된 sgRNA를 생산하는 단계를 포함한다.In some aspects, a non-template approach to generating synthetic RNA comprises providing a first RNA comprising a 5'-monophosphate; providing a second RNA comprising a blocked 3' end; and providing a ligase that catalyzes ligation between the first and second RNAs to produce an sgRNA as described herein.
유전자 편집 시스템gene editing system
본 개시내용에 따라, 본 명세서에 기술된 하나 이상의 변형된 sgRNA를 포함하는 유전자 편집 시스템이 제공된다. 일부 구현예에서, 시스템은 CRISPR-Cas9 뉴클레이스 또는 이의 변이체를 포함한다.According to the present disclosure, a gene editing system is provided comprising one or more modified sgRNAs described herein. In some embodiments, the system comprises a CRISPR-Cas9 nuclease or a variant thereof.
자연 발생적이거나 유전자 조작된 다양한 Cas9 뉴클레이스 변이체가 미리 설정된 유전자 편집 시스템에 포함될 수 있다.A variety of naturally occurring or genetically engineered Cas9 nuclease variants can be incorporated into a pre-configured gene editing system.
일부 구현예에서, 본 발명은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 변형된 sgRNA 및 CRISPR-Cas9 뉴클레이스 또는 이의 변이체를 포함하는 유전자 편집 시스템을 제공한다.In some embodiments, the invention provides a gene editing system comprising one or more modified sgRNAs described herein and a CRISPR-Cas9 nuclease or variant thereof.
일부 구현예에서, 본 발명은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 변형된 sgRNA 및 염기 편집기를 포함하는 유전자 편집 시스템을 제공한다. 염기 편집기는 아데노신 데아미네이스 도메인 또는 사이티딘 데아미네이스 도메인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 변형된 가이드 RNA는 염기 편집기를 표적화하여 표적 폴리뉴클레오타이드(예를 들어, 표적 유전자)에서 A≫T에서 G*C 변경을 유발한다. 일 구현예에서, 염기 편집기는 염기 편집 활성을 갖는 하나 이상의 도메인을 포함하는 융합 단백질이다.In some embodiments, the present invention provides a gene editing system comprising one or more modified sgRNAs described herein and a base editor. The base editor may comprise an adenosine deaminase domain or a cytidine deaminase domain. For example, the one or more modified guide RNAs target the base editor to induce an A≫T to G*C change in a target polynucleotide (e.g., a target gene). In one embodiment, the base editor is a fusion protein comprising one or more domains having base editing activity.
또 다른 구현예에서, 염기 편집 활성을 갖는 단백질 도메인은 (예를 들어, 가이드 RNA 상의 RNA 결합 모티프 및 데아미네이스에 융합된 RNA 결합 도메인을 통해) 가이드 RNA에 연결된다. 일부 구현예에서, 염기 편집 활성을 갖는 도메인은 핵산 분자 내의 염기를 탈아미노화시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 염기 편집기는 DNA 분자 내의 하나 이상의 염기를 탈아미노화시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 염기 편집기는 DNA 내의 사이토신(C) 또는 아데노신(A)을 탈아미노화시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 염기 편집기는 DNA 내의 사이토신(C) 및 아데노신(A)을 탈아미노화시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 염기 편집기는 사이티딘 염기 편집기(CBE)이다. 일부 구현예에서, 염기 편집기는 아데노신 염기 편집기(ABE)이다. 일부 구현예에서, 염기 편집기는 아데노신 염기 편집기(ABE) 또는 이의 변이체이다. 예를 들어, ABE는 ABE8.8, 편집기 변이체 ABEV1(pNMG-B2000(ABE8.20 w/ F149Y "v1") + S82T) 또는 ABEV2(pNMG-B2001(ABE8.20 w/ Y147D,F149Y,T166I,D167N "v2") + S82T)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 구현예에서, 염기 편집기는 사이티딘 염기 편집기(CBE)이다. 일부 구현예에서, 염기 편집기는 아데노신 데아미네이스에 융합된 뉴클레이스 불활성 Cas9(dCas9)이다. 염기 편집기는, 일부 경우에, 염기 절단 복구의 저해제, 예를 들어, UGI 도메인 또는 dISN 도메인에 융합될 수 있다. 다른 구현예에서, 염기 편집기는 무염기성 염기 편집기이다.In another embodiment, a protein domain having base editing activity is linked to a guide RNA (e.g., via an RNA binding motif on the guide RNA and an RNA binding domain fused to a deaminase). In some embodiments, the domain having base editing activity can deaminate a base in a nucleic acid molecule. In some embodiments, the base editor can deaminate one or more bases in a DNA molecule. In some embodiments, the base editor can deaminate cytosine (C) or adenosine (A) in DNA. In some embodiments, the base editor can deaminate cytosine (C) and adenosine (A) in DNA. In some embodiments, the base editor is a cytidine base editor (CBE). In some embodiments, the base editor is an adenosine base editor (ABE). In some embodiments, the base editor is an adenosine base editor (ABE) or a variant thereof. For example, the ABE includes, but is not limited to, ABE8.8, editor variant ABEV1 (pNMG-B2000(ABE8.20 w/ F149Y "v1") + S82T), or ABEV2 (pNMG-B2001(ABE8.20 w/ Y147D,F149Y,T166I,D167N "v2") + S82T). In some embodiments, the base editor is a cytidine base editor (CBE). In some embodiments, the base editor is a nuclease-inactive Cas9 (dCas9) fused to an adenosine deaminase. The base editor can, in some cases, be fused to an inhibitor of base excision repair, e.g., a UGI domain or a dISN domain. In other embodiments, the base editor is an abasic base editor.
염기 편집기에 대한 자세한 설명은 PCT 특허 출원 공개WO2018/027078, WO2017/070632, WO 2022/204268 및 WO2023/114953에서 찾아볼 수 있으며; 이들 각각의 내용은 모든 목적을 위해 인용방식으로 본 명세서에 원용된다.A detailed description of base editors can be found in PCT patent application publications WO2018/027078, WO2017/070632, WO 2022/204268, and WO2023/114953, the contents of each of which are incorporated herein by reference for all purposes.
제형 및 조성물Formulations and compositions
본 개시내용의 변형된 sgRNA 및 유전자 편집 시스템은 전달 및 투여를 위해 담체에 제형화될 수 있다. 일부 구현예에서, 약제학적 제형은 지질 나노입자(LNP)를 포함한다. 일부 구현예에서, 약제학적 제형은 적어도 하나의 본 개시내용의 변형된 gRNA를 포함한다. 다른 구현예에서, 약제학적 제형은 적어도 하나의 변형된 gRNA 및 Cas9 단백질, Cas9 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오타이드, 또는 Cas9 단백질을 암호화하는 mRNA를 포함한다.The modified sgRNA and gene editing system of the present disclosure can be formulated into a carrier for delivery and administration. In some embodiments, the pharmaceutical formulation comprises a lipid nanoparticle (LNP). In some embodiments, the pharmaceutical formulation comprises at least one modified gRNA of the present disclosure. In other embodiments, the pharmaceutical formulation comprises at least one modified gRNA and a Cas9 protein, a polynucleotide encoding the Cas9 protein, or an mRNA encoding the Cas9 protein.
지질 나노입자(LNP)는 뉴클레오타이드 및 단백질 카고(cargo)의 전달을 위하여 잘 알려진 수단이며, 본 명세서에 개시된 gRNA, 유전자 편집 시스템, 조성물, 또는 약제학적 제형의 전달을 위해 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, LNP는 핵산, 단백질, 또는 단백질과 함께 핵산을 전달한다. 따라서, 본 개시내용은 본 명세서에 개시된 gRNA, 유전자 편집 시스템, 조성물 또는 약제학적 제형 중 어느 하나를 대상체에게 전달하기 위한 방법을 제공하되, gRNA는 LNP와 연관되어 있다. 일부 구현예에서, gRNA/LNP비는 또한 Cas9 또는 Cas9를 인코딩하는 mRNA와 연관된다. 일부 구현예에서, gRNA/LNP는 또한 염기 편집기 또는 염기 편집기를 암호화하는 mRNA와 연관되어 있다.Lipid nanoparticles (LNPs) are well known for delivering nucleotide and protein cargo and can be used to deliver gRNA, gene editing systems, compositions, or pharmaceutical formulations disclosed herein. In some embodiments, LNPs deliver nucleic acids, proteins, or nucleic acids in combination with proteins. Accordingly, the present disclosure provides a method for delivering any of the gRNA, gene editing systems, compositions, or pharmaceutical formulations disclosed herein to a subject, wherein the gRNA is associated with an LNP. In some embodiments, the gRNA/LNP is also associated with Cas9 or an mRNA encoding Cas9. In some embodiments, the gRNA/LNP is also associated with a base editor or an mRNA encoding a base editor.
일부 구현예에서, 본 발명은 개시된 gRNA 중 어느 하나 및 LNP를 포함하는 조성물을 포함한다. 일부 구현예에서, 조성물은 Cas9 단백질 또는 이의 변이체, 또는 Cas9 단백질 또는 이의 변이체를 암호화하는 mRNA를 추가로 포함한다.In some embodiments, the present invention comprises a composition comprising any one of the disclosed gRNAs and an LNP. In some embodiments, the composition further comprises a Cas9 protein or a variant thereof, or an mRNA encoding the Cas9 protein or a variant thereof.
일부 구현예에서, LNP는 하나 이상의 양이온성 지질, 하나 이상의 헬퍼 지질, 하나 이상의 PEG화 지질 및 하나 이상의 콜레스테롤 유래 지질을 포함한다. In some embodiments, the LNP comprises one or more cationic lipids, one or more helper lipids, one or more PEGylated lipids, and one or more cholesterol-derived lipids.
일부 구현예에서, 변형된 gRNA, 본 명세서에 기술된 유전자 편집 시스템을 포함하는 조성물이 제공된다. 일부 구현예에서, 조성물은 약제학적 조성물이다. 일부 구현예에서, 약제학적 조성물은 본 명세서에 기술된 하나 이상의 변형된 sgRNA를 포함한다.In some embodiments, a composition comprising a modified gRNA and a gene editing system described herein is provided. In some embodiments, the composition is a pharmaceutical composition. In some embodiments, the pharmaceutical composition comprises one or more modified sgRNAs described herein.
본 명세서에 기술된 gRNA 및/또는 유전자 편집 시스템 중 임의의 것, 담체, 부형제, 희석제 등을 포함하는 조성물이 포괄된다.Compositions comprising any of the gRNA and/or gene editing systems described herein, carriers, excipients, diluents, etc. are encompassed.
일부 구현예에서, 본 명세서에 개시된 변형된 gRNA, 유전자 편집 시스템, 조성물 및 제형은 질병 또는 장애를 치료하기 위한 약제를 제조하는 데 사용하기 위한 것이다.In some embodiments, the modified gRNAs, gene editing systems, compositions and formulations disclosed herein are for use in preparing a medicament for treating a disease or disorder.
사용 방법 How to use
본 개시내용은 시험관 내 표적 핵산(예를 들어, 유전자 편집된 세포의 생체외 요법 또는 기타 용도를 위한 시험관 내에서 배양된 세포) 또는 (예를 들어, 생체 내 요법에서 사용하기 위한) 인간과 같은 대상체 내 세포 내의 유전체를 변경시키기 위한 본 명세서에 기술된 변형된 gRNA의 용도를 제공한다. The present disclosure provides for the use of a modified gRNA described herein to alter a target nucleic acid in vitro (e.g., in cells cultured in vitro for ex vivo therapy of gene-edited cells or other uses) or the genome within a cell in a subject, such as a human (e.g., for use in in vivo therapy).
일부 구현예에서, 본 발명은 표적 핵산 분자를 조절하는 방법 또는 용도를 포함하되, 이는 본 명세서에 기술된 gRNA 유전자 편집 시스템, 조성물, 또는 약제학적 제형 중 어느 하나 이상을 투여하거나 전달하는 단계를 포함한다.In some embodiments, the invention encompasses a method or use of modulating a target nucleic acid molecule, comprising administering or delivering any one or more of the gRNA gene editing systems, compositions, or pharmaceutical formulations described herein.
일부 구현예에서, 본 발명은 표적 유전자의 조절을 위한 방법 또는 용도를 포함하되, 이는 본 명세서에 기술된 gRNA 유전자 편집 시스템, 조성물, 또는 약제학적 제형 중 어느 하나 이상을 투여하거나 전달하는 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 조절은 표적 유전자의 편집이다. 일부 구현예에서, 상기 조절은 표적 유전자에 의해 인코딩된 단백질의 발현의 변화이다.In some embodiments, the present invention encompasses methods or uses for modulating a target gene, comprising administering or delivering one or more of the gRNA gene editing systems, compositions, or pharmaceutical formulations described herein. In some embodiments, the modulation is editing of the target gene. In some embodiments, the modulation is a change in the expression of a protein encoded by the target gene.
일부 구현예에서, 상기 방법 또는 용도는 유전자 편집을 야기시킨다. 일부 구현예에서, 상기 방법 또는 용도는 표적 유전자 내에 이중-가닥 절단을 야기시킨다. 일부 구현예에서, 상기 방법 또는 용도는 표적 유전자 내 뉴클레오타이드의 삽입 또는 결실을 야기시킨다. 일부 구현예에서, 표적 유전자 내 뉴클레오타이드의 삽입 또는 결실은 비-기능성 단백질을 야기시키는 프레임시프트 돌연변이 또는 조기 정지 코돈을 초래한다. 일부 구현예에서, 표적 유전자 내 뉴클레오타이드의 삽입 또는 결실은 표적 유전자 발현의 넉다운 또는 제거를 초래한다. 일부 구현예에서, 상기 방법 또는 용도는 주형을 세포에 전달하는 것을 더 포함하되, 주형의 적어도 일부는 뉴클레아제에 의해 유도된 이중 가닥 절단 부위에서 또는 그 부근에서 표적 DNA에 혼입된다. 일부 구현예에서, 방법 또는 용도는 치환을 초래한다. 일부 구현예에서, 유전자 조절은 유전자 발현의 증감, DNA의 메틸화 상태의 변화, 또는 히스톤 서브유닛의 변형이다. 일부 구현예에서, 상기 방법 또는 용도는 표적 유전자에 의해 인코딩된 단백질의 증가된 또는 감소된 발현을 야기시킨다. In some embodiments, the method or use results in gene editing. In some embodiments, the method or use results in a double-strand break within the target gene. In some embodiments, the method or use results in an insertion or deletion of a nucleotide within the target gene. In some embodiments, the insertion or deletion of a nucleotide within the target gene results in a frameshift mutation or a premature stop codon resulting in a non-functional protein. In some embodiments, the insertion or deletion of a nucleotide within the target gene results in a knockdown or elimination of target gene expression. In some embodiments, the method or use further comprises delivering a template to the cell, wherein at least a portion of the template is incorporated into the target DNA at or near the site of the double-strand break induced by the nuclease. In some embodiments, the method or use results in a substitution. In some embodiments, the gene modulation is an increase or decrease in gene expression, a change in the methylation state of DNA, or a modification of a histone subunit. In some embodiments, the method or use results in increased or decreased expression of a protein encoded by the target gene.
gRNA 및/또는 유전자 편집 시스템의 효능은 시험관 내 및 생체 내에서 테스트할 수 있다. 일부 구현예에서, 본 발명은 본 명세서에 기술된 gRNA 편집 시스템, 조성물, 또는 약제학적 제형 중 하나 이상을 포함하되, gRNA는 Cas9 또는 Cas9를 암호화하는 mRNA와 함께 세포에 전달될 경우 유전자 조절을 초래한다. 일부 구현예에서, gRNA의 효능은 시험관내 또는 생체내에서 측정될 수 있다. The efficacy of the gRNA and/or gene editing system can be tested in vitro and in vivo . In some embodiments, the invention comprises one or more of the gRNA editing systems, compositions, or pharmaceutical formulations described herein, wherein the gRNA results in gene regulation when delivered to a cell together with Cas9 or mRNA encoding Cas9. In some embodiments, the efficacy of the gRNA can be measured in vitro or in vivo .
일부 구현예에서, 표적 단백질 발현을 증감시키는데 있어서 gRNA의 효율은 표적 단백질의 양을 측정함으로써 결정된다. In some implementations, the efficiency of a gRNA in increasing or decreasing target protein expression is determined by measuring the amount of target protein.
일부 구현예에서, 특정 gRNA에 의한 편집 효율은 Cas9 및 gRNA의 전달 후의 게놈에서 표적 개소에 존재하는 편집에 의해 결정된다. 일부 구현예에서, 특정 gRNA에 의한 편집 효율은 차세대 시퀀싱에 의해 측정된다. 일부 구현예에서, 관심 표적 영역의 편집 백분율은 결정된다. 일부 구현예에서, 서열 리드의 총 수에 대한 관심 표적 영역 내로의 뉴클레오타이드의 삽입 또는 결실이 있는 서열 리드의 총 수는 변형된 gRNA, 및/또는 변형된 gRNA를 포함하는 시스템 또는 조성물의 전달 후에 측정된다. In some embodiments, the editing efficiency by a particular gRNA is determined by the editing present at the target site in the genome after delivery of Cas9 and the gRNA. In some embodiments, the editing efficiency by a particular gRNA is measured by next-generation sequencing. In some embodiments, the percentage of editing in the target region of interest is determined. In some embodiments, the total number of sequence reads with insertions or deletions of nucleotides within the target region of interest relative to the total number of sequence reads is measured after delivery of the modified gRNA and/or a system or composition comprising the modified gRNA.
일부 구현예에서, 변형된 gRNA의 활성도는 변형된 gRNA를 포함하는 LNP의 생체 내 투약 후 측정된다.In some embodiments, the activity of the modified gRNA is measured following in vivo administration of LNPs comprising the modified gRNA.
일부 구현예에서, 본 명세서에서 제공되는 gRNA 또는 조성물의 생체 내 효능은 gRNA의 투여 후 조직(예를 들어, 간 조직)으로부터 추출된 DNA에서 측정된 편집 효능에 의해 결정된다. In some embodiments, the in vivo efficacy of a gRNA or composition provided herein is determined by editing efficacy measured in DNA extracted from a tissue (e.g., liver tissue) following administration of the gRNA.
일부 구현예에서, 세포에서 표적 핵산 서열을 조절하기 위한 방법은 세포를 본 명세서에 기술된 변형된 sgRNA를 포함하는 조성물과 접촉시키는 단계를 포함한다.In some embodiments, a method for modulating a target nucleic acid sequence in a cell comprises contacting the cell with a composition comprising a modified sgRNA described herein.
치료적 용도의 방법Methods for therapeutic purposes
일부 구현예에서, 본 명세서에 기술된 gRNA, 유전자 편집 시스템, 조성물 또는 약제학적 제형 중 어느 하나 이상은 대상체에서 질환 또는 장애를 치료 또는 예방하기 위한 약제를 제조하는 데 사용하기 위한 것이다.In some embodiments, any one or more of the gRNA, gene editing system, composition or pharmaceutical formulation described herein is for use in preparing a medicament for treating or preventing a disease or disorder in a subject.
일부 구현예에서, 본 발명은 대상체에서 질환 또는 장애를 치료 또는 예방하는 방법을 포함하되, 이는 본 명세서에 기술된 gRNA, 유전자 편집 시스템, 조성물 또는 약제학적 제형 중 어느 하나 이상을 투여하는 단계를 포함한다.In some embodiments, the invention includes a method of treating or preventing a disease or disorder in a subject, comprising administering any one or more of the gRNA, gene editing system, composition, or pharmaceutical formulation described herein.
일부 구현예에서, gRNA, 유전자 편집 시스템 및 조성물은 표적 부위에서 편집 효능을 증가시킨다. 일부 구현예에서, 편집 효능은 변형되지 않은 gRNA와 비교하여 약 10% 내지 100% 증가한다. 일부 구현예에서, 편집 효능은 변형되지 않은 gRNA와 비교하여 2 내지 1000배 증가한다. 일부 구현예에서, 본 발명의 sgRNA는 유전자 변형 효능을 약 2 내지 1000배, 약 2 내지 100배, 약 2 내지 50배, 약 10 내지 50배, 약 10 내지 20배, 약 2 내지 10배, 약 2 내지 5배, 약 3 내지 8배, 약 2 내지 5배 증가시킨다. 비제한적인 예로서, 본 명세서에 기술된 sgRNA는 유전자 변형 효능을 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 900 또는 1000배 증가시킨다.In some embodiments, the gRNA, gene editing system, and composition increase editing efficacy at the target site. In some embodiments, the editing efficacy is increased by about 10% to 100% compared to an unmodified gRNA. In some embodiments, the editing efficacy is increased by about 2-1000 fold compared to an unmodified gRNA. In some embodiments, the sgRNA of the invention increases gene editing efficacy by about 2-1000 fold, about 2-100 fold, about 2-50 fold, about 10-50 fold, about 10-20 fold, about 2-10 fold, about 2-5 fold, about 3-8 fold, or about 2-5 fold. As a non-limiting example, the sgRNAs described herein increase gene modification efficacy by 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 900, or 1000-fold.
키트 Kit
본 개시내용의 또 다른 측면에서, 본 명세서에 기술된 하나 이상의 gRNA, 조성물, 또는 약제학적 제형을 포함하는 키트가 제공된다. 일부 구현예에서, 키트는 각각 조성물 또는 약제학적 제형과는 독립적인 용매, 용액, 완충액, 설명서 또는 건조제 중 1종 이상을 더 포함한다.In another aspect of the present disclosure, a kit is provided comprising one or more gRNAs, compositions, or pharmaceutical formulations described herein. In some embodiments, the kit further comprises one or more solvents, solutions, buffers, instructions, or desiccants, each independent of the composition or pharmaceutical formulation.
실시예Example
다음 실시예는 본 발명의 특정 실시예를 예시하며 제한적이지 않다.The following examples illustrate specific embodiments of the present invention and are not limiting.
실시예 1: 변형된 gRNA의 편집 효능 Example 1 : Editing Efficacy of Modified gRNA
이 실시예에서는, ALAS1(델타-아미노레불린산 합성효소 1) 유전자 부위가 가이드 RNA의 편집 효능에 대한 다양한 헤어핀 디자인의 영향을 평가하기 위해 사용된다.In this example, the ALAS1 (delta-aminolevulinic acid synthase 1) gene region is used to evaluate the impact of different hairpin designs on the editing efficiency of guide RNA.
생체 내 간 편집을 위해 측정한 결과(도 1A), 헤어핀이 변형 없이 연장된 경우, 편집 효능이 감소했다. 그러나, 헤어핀이 변형, 즉, 모든 뉴클레오타이드를 포함하는 심한 변형과 함께 연장되면, 편집 효능이 증가했다.Measurements for in vivo liver editing (Figure 1A) revealed that when the hairpin was extended without modification, editing efficiency decreased. However, when the hairpin was extended with modification, i.e., with a severe modification encompassing all nucleotides, editing efficiency increased.
ALAS1을 표적화하는 세 가지 다른 gRNA(gRNA1(말단 변형), gRNA2(표준 고도 변형) 및 gRNA3(고도 변형 LONGEST 헤어핀 디자인))이 합성되었다(도 2A). 각 gRNA의 간에서의 편집 효능은 지질 1(도 2B) 및 지질 2(도 2C)에서 측정되었다. LONGEST 설계가 있는 gRNA3은 ALAS1에 대한 표준 고도 변형 설계가 있는 gRNA2에 비해 아포화 용량(0.005 mpk에서 8% 편집)에서 2 내지 5배 더 강력한 것으로 밝혀졌다. ALAS1: CAGGATCCGCACAGACTCCAGGG(서열번호 59) 및 프로토 스페이서 서열: CAGGAUCCGCACAGACUCCA(서열번호 60)에 대한 표적화 서열이 연구에 사용되었다.Three different gRNAs targeting ALAS1 were synthesized (gRNA1 (terminal modification), gRNA2 (standard highly modified), and gRNA3 (highly modified LONGEST hairpin design)) (Fig. 2A). The editing efficacy of each gRNA in the liver was measured in lipid 1 (Fig. 2B) and lipid 2 (Fig. 2C). gRNA3 with the LONGEST design was found to be 2- to 5-fold more potent at a saturating dose (8% editing at 0.005 mpk) than gRNA2 with the standard highly modified design for ALAS1. The targeting sequences for ALAS1: CAGGATCCGCACAGACTCCAGGG (SEQ ID NO: 59) and the protospacer sequence: CAGGAUCCGCACAGACUCCA (SEQ ID NO: 60) were used in the study.
( 2'OMe 변형된 염기가 없는 헤어핀 연장)mNsmNsmNsNNNNNNNNNNNNNNNNNNGUUUUAGAGCCGGCGGAAACGCCGGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCmUsmUsmUsU (SEQ ID NO: 55)
(2'OMe hairpin extension without modified base)
(표준 말단 변형)mAsmUsmAsAUAGCUGGCAUCACGGUGUUUUAGAGCUAGAAAUAGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCmUsmUsmUsU (SEQ ID NO: 56)
(Standard terminal variant)
(GOLD 변형된 gRNA)mAsmUsmAsAUAGCUGGCAUCACGGUGUUUUAGAmGmCmUmAmGmAmAmAmUmAmGmCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAmUmCAAmCmUmUGGACUUCGGUCCmAmAmGUGGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUmUmUmU (SEQ ID NO: 57)
(GOLD modified gRNA)
(LONGEST + GOLD 변형된 gRNA)mAsmUsmAsAUAGCUGGCAUCACGGUGUUUUAGAmGmCmCmGmGmCmGmGmAmAmAmCmGmCmCmGmGmCAAGUUAAAAUAAGGCU AGUCCGUUAmUmCAAmCmUmUGGACUUCGGUCCmAmAmGUGGmCmAmCmCmGmAmGmUmCmGmGmUmGmCmUsmUsmUsmU (SEQ ID NO: 58)
(LONGEST + GOLD modified gRNA)
N = 뉴클레오타이드; mN = 2'-OMe 변형된 뉴클레오타이드; Ns = 포스포로싸이오에이트 뉴클레오타이드N = nucleotide; mN = 2'-OMe modified nucleotide; Ns = phosphorothioate nucleotide
말단 변형된 gRNA는 선행 기술에 사용된 gRNA의 표준 설계이다(Hendel, Ayal, 등 Nature biotechnology 33.9 (2015):- 3290). 상부 스템 영역의 연장 없이 표준 고도로 변형된 gRNA 또한 비교에 사용된다(Finn, Jonathan D., 등 Cell reports 22.9 (2018): 2227-2235). 말단 변형된 gRNA 및 고도로 변형된 gRNA는 모두 길이 100개의 뉴클레오타이드를 포함한다. LONGEST1 설계에서, 헤어핀은 말단 변형된 gRNA와 비교하여 추가적인 3개의 염기 쌍으로 연장되었다. 수정되지 않은 LONGEST1은 LONGEST 1(서열번호 51)과 동일한 서열을 갖지만 내부적으로 2'OMe로 변형되지 않는다. 이는 길이가 106 nts이다.The terminally modified gRNA is a standard gRNA design used in the prior art (Hendel, Ayal, et al., Nature biotechnology 33.9 (2015): - 3290). A standard highly modified gRNA without an extended upper stem region is also used for comparison (Finn, Jonathan D., et al., Cell reports 22.9 (2018): 2227-2235). Both the terminally modified and highly modified gRNAs are 100 nucleotides in length. In the LONGEST1 design, the hairpin is extended by an additional 3 base pairs compared to the terminally modified gRNA. The unmodified LONGEST1 has the same sequence as LONGEST 1 (SEQ ID NO: 51) but is not internally modified with 2'OMe. It is 106 nt in length.
Riesenberg 등(Riesenberg, 등, Improved gRNA secondary structures allow editing of target sites resistant to CRISPR-Cas9 cleavage." Nature Communications 13.1 (2022): 1-8)는 최근 "잠금" 헤어핀이 있는 조작된 gRNA가 조작된 gRNA의 안정성과 편집 효능을 증가시킬 수 있다고 보고했다. LONGEST 헤어핀과 Riesenberg의 GOLD(유전체 편집 잠금 디자인) 헤어핀을 비교했다. 각 gRNA 디자인(일반적인 말단 변형(EM), LONGEST, GOLD, 및 LONGEST와 GOLD의 조합)의 시험관 내 편집 효능은 세 가지 다른 표적 부위(TSBTx3288, TSBTx3215, 및 TSBTx3222)에서 측정되었다(도 3A 참조). 각 디자인에서 굵은 뉴클레오타이드는 골격 변형된 뉴클레오타이드를 나타낸다(도 3A). 도 3B는 LONGEST 설계와 GOLD 설계 모두 말단 변형이 있는 gRNA보다 성능이 우수함을 보여준다(도 3A에 나타낸 EM). 말단 변형 설계에 비해 GOLD 설계에서 약 7배 증가가 관찰되었다. 말단 변형 설계에 비해 LONGEST 설계에서 약 3배 증가가 관찰되었다.Riesenberg et al. (Riesenberg, et al., Improved gRNA secondary structures allow editing of target sites resistant to CRISPR-Cas9 cleavage." Nature Communications 13.1 (2022): 1-8) recently reported that engineered gRNAs with "locked" hairpins can increase the stability and editing efficacy of engineered gRNAs. They compared the LONGEST hairpin with Riesenberg's GOLD (genome editing locking design) hairpin. The in vitro editing efficacy of each gRNA design (common end modification (EM), LONGEST, GOLD, and a combination of LONGEST and GOLD) was measured at three different target sites (TSBTx3288, TSBTx3215, and TSBTx3222) (see Figure 3A). Bold nucleotides in each design represent backbone-modified nucleotides (Figure 3A). Figure 3B shows that both the LONGEST and GOLD designs outperformed gRNAs with end modifications. (EM shown in Figure 3A). An approximately 7-fold increase was observed in the GOLD design compared to the terminal strain design. An approximately 3-fold increase was observed in the LONGEST design compared to the terminal strain design.
LONGEST 설계와 GOLD 설계가 모두 있는 gRNA(LONGEST-GOLD)를 합성하여 그 편집 효능을 평가했다(도 4A의 gRNA 6). GOLD-LONGEST 설계와 GOLD 설계는 세 가지 다른 아데닌 염기 편집기(ABE)(ABE8.8, ABE9V1 및 ABE9V2)로 평가했다. 본 명세서에서 사용된 ABEV1은 편집 변이체 pNMG-B2000(ABE8.20 w/ F149Y "v1") + S82T이다. ABEV2는 편집 변이체 pNMG-B2001(ABE8.20 w/ Y147D,F149Y,T166I,D167N "v2") + S82T이다. We synthesized a gRNA (LONGEST-GOLD) with both LONGEST and GOLD designs and evaluated its editing efficacy (gRNA 6 in Figure 4A). The GOLD-LONGEST and GOLD designs Three different adenine base editors (ABEs) (ABE8.8, ABE9V1, and ABE9V2) were evaluated. ABEV1 used herein is the editing variant pNMG-B2000 (ABE8.20 w/ F149Y "v1") + S82T. ABEV2 is the editing variant pNMG-B2001 (ABE8.20 w/ Y147D, F149Y, T166I, D167N "v2") + S82T.
5일 후 편집 효능은 헤어핀 연장이 포화 조건에서 gRNA의 전반적인 편집을 증가시킨다는 것을 보여준다(도 4B).Editing efficacy after 5 days shows that hairpin extension increases overall editing of the gRNA under saturating conditions (Figure 4B).
실시예 2: 새로운 연장 설계 Example 2: New extension design
이 연구에서는 gRNA의 다양한 헤어핀 연장을 추가로 테스트했다. LONGEST 변형보다 GC 함량이 낮은 세 가지 새로운 헤어핀 연장은 헤어핀의 안정성을 촉진한다. 세 가지 gRNA 설계의 서열과 변형은 표 4에 나타나 있다. LONGEST 3은 상부 스템 루프의 완전한 변형이 있는 3개의 추가적인 염기쌍을 갖고 있다. LONGEST 4는 완전한 변형이 있는 5개의 추가적인 염기쌍을 갖고 있다. 변형되지 않은 LONGEST 4는 LONGEST 4와 동일한 연장을 갖지만 변형되지 않았다.In this study, we additionally tested various hairpin extensions of gRNA. Three novel hairpin extensions with lower GC content than the LONGEST variant promote hairpin stability. The sequences and modifications of the three gRNA designs are shown in Table 4. LONGEST 3 has three additional base pairs with a complete modification of the upper stem loop. LONGEST 4 has five additional base pairs with a complete modification. Unmodified LONGEST 4 has the same extension as LONGEST 4 but without modification.
(변형된 염기가 없는 헤어핀 연장)mNsmNsmNsNNNNNNNNNNNNNNNNNNGUUUUAGAGCUAUGCUGGAAACAGCAUAGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCmUsmUsmUsU (SEQ ID NO: 22)
(Hairpin extension without modified base)
세 가지 새로운 헤어핀 설계는 표준 고도 변형 및 말단 변형 설계와 ALAS1을 표적화하는 LONGEST 설계에 대한 생체 내 편집 효능을 염기 편집기 ABE8.8을 사용하여 테스트했다. 결과는 LONGEST 4가 표준 고도 변형 및 말단 변형 설계보다 더 높은 효능을 나타냄을 보여준다(도 5). 변형되지 않은 LONGEST 4는 더 낮은 효능을 보였는데, 이는 연장만으로도 충분하며 효능을 높이려면 변형이 필요함을 보여준다. LONGEST 설계에서도 유사한 결과가 관찰되었다.The three novel hairpin designs were tested for in vivo editing efficacy using the base editor ABE8.8, compared to the standard high-altitude and terminal-altitude modification designs and the LONGEST design targeting ALAS1. The results show that LONGEST 4 exhibits higher efficacy than the standard high-altitude and terminal-altitude modification designs (Figure 5). Unmodified LONGEST 4 exhibited lower efficacy, suggesting that extension alone is sufficient and that modification is necessary to enhance efficacy. Similar results were observed with the LONGEST design.
등가물 및 범위Equivalents and Scope
통상의 기술자는 단지 일상적인 실험을 사용하여 본 명세서에 기술된 본 발명의 특정 구현예에 대한 많은 등가물을 인식하거나 확인할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 상기 설명에 제한되는 것이 아니라, 다음의 청구범위에 제시된 바와 같다:Those skilled in the art will recognize or be able to ascertain, using no more than routine experimentation, many equivalents to the specific embodiments of the invention described herein. The scope of the invention is not limited to the above description, but is as set forth in the following claims:
서열목록 전자파일 첨부Attach an electronic file of the sequence list
Claims (75)
Nxn 및 Nyn은 동일한 수의 뉴클레오타이드를 갖고 염기쌍을 형성하는 상보적인 뉴클레오타이드이고, Nxn 및 Nyn의 상기 뉴클레오타이드는 변형된 뉴클레오타이드이고, n은 5 내지 15의 정수인, 단일 가이드 RNA(sgRNA).A single guide RNA (sgRNA) comprising the sequence of GUUUUAGA N xn GAAA Ny n AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 1),
A single guide RNA (sgRNA), wherein N xn and N yn are complementary nucleotides having the same number of nucleotides and forming base pairs, the nucleotides of N xn and N yn are modified nucleotides, and n is an integer from 5 to 15.
Nxn 및 Nyn은 동일한 수의 뉴클레오타이드를 갖고 염기쌍을 형성하는 상보적인 뉴클레오타이드이고, Nxn 및 Nyn의 상기 뉴클레오타이드는 변형된 뉴클레오타이드이고, n은 5 내지 15의 정수인, 단일 가이드 RNA(sgRNA).A single guide RNA (sgRNA) comprising the sequence of GUUUUAGAN xn GAAAN yn AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACUUUGGUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 10),
A single guide RNA (sgRNA), wherein N xn and N yn are complementary nucleotides having the same number of nucleotides and forming base pairs, the nucleotides of N xn and N yn are modified nucleotides, and n is an integer from 5 to 15.
Nxn 및 Nyn은 동일한 수의 뉴클레오타이드를 갖고 염기쌍을 형성하는 상보적인 뉴클레오타이드이고, Nxn 및 Nyn의 상기 뉴클레오타이드는 변형된 뉴클레오타이드이고, n은 5 내지 15의 정수이고, 상기 헤어핀 1의 루프의 4개의 뉴클레오타이드(NzNzNzNz)는 UUCG, CUUG 또는 GCAA의 서열을 포함하는, 단일 가이드 RNA(sgRNA).A single guide RNA (sgRNA) comprising the sequence of GUUUUAGAN xn GAAAN yn AAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGGACN z N z N z N z GUCCAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU (SEQ ID NO: 18),
A single guide RNA (sgRNA) wherein N xn and N yn are complementary nucleotides having the same number of nucleotides and forming a base pair, the nucleotides of N xn and N yn are modified nucleotides, n is an integer from 5 to 15, and four nucleotides of the loop of the hairpin 1 (N z N z N z N z ) comprise a sequence of UUCG, CUUG, or GCAA.
(a) CRISPR 관련 단백질(Cas) 폴리펩타이드, 또는 이의 변이체; 및
(b) 제1항 내지 제57항 중 어느 한 항에 따른 단일 가이드 RNA(sgRNA)를 포함하는, 유전자 변형 시스템.As a genetic modification system,
(a) a CRISPR-associated protein (Cas) polypeptide, or a variant thereof; and
(b) A genetic modification system comprising a single guide RNA (sgRNA) according to any one of claims 1 to 57.
상기 sgRNA는 Cas 폴리펩타이드를 상기 표적 유전자로 안내하고, 상기 sgRNA는 5'GUUUUAGAGCUAGAAAUAGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU 3'(서열번호 19)을 포함하는 대응하는 변형되지 않은 sgRNA에 비해 향상된 활성으로 상기 표적 유전자의 변형을 유도하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.In claim 66, a CRISPR-associated protein (Cas) polypeptide or a variant thereof is introduced into a cell,
A method further comprising the step of guiding a Cas polypeptide to the target gene, wherein the sgRNA induces modification of the target gene with improved activity compared to a corresponding unmodified sgRNA comprising 5'GUUUUAGAGCUAGAAAUAGCAAGUUAAAAUAAGGCUAGUCCGUUAUCAACUUGAAAAAGUGGCACCGAGUCGGUGCUUUU 3' (SEQ ID NO: 19).
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