プログラム可能な遺伝子編集ツールとしてのCRISPR-Cas9

The transformation of the CRISPR-Cas9 bacterial immune system into a universal tool for genome editing was a landmark achievement in 分子生物学重要な発見は、再プログラム化の可能性を認識したことだった。自然な状態では、タイプIIシステムは3つの構成要素を使用する。Cas9タンパク質、標的配列を含むcrRNA、そしてcrRNAの成熟とCas9の活性化に不可欠なtracrRNAである。Doudna研究室とCharpentier研究室は、このシステムを簡略化できることを示した。彼らは、crRNAの3'末端とtracrRNAの5'末端を合成ヘアピンループで連結することにより、シングルガイドRNA（sgRNA）と呼ばれる単一のキメラRNAを設計した。このsgRNAは、デュアルRNAシステムの必要な機能をすべて保持していた。

この簡略化は画期的でした。なぜなら、Cas9ヌクレアーゼを新しいDNA部位に再標的化するには、異なる20ヌクレオチドのガイド配列を持つ新しいsgRNAを合成するだけで済むようになったからです。これにより、この技術は、新しい標的ごとに複雑で高価なタンパク質工学を必要とする従来のジンクフィンガーヌクレアーゼ（ZFN）やTALENなどの編集方法と比較して、非常に使いやすく、安価で、拡張性のあるものになりました。Cas9-sgRNA複合体が細胞に導入されると、標的DNA配列を見つけて二本鎖切断（DSB）を引き起こします。その後、細胞の自然なDNA修復機構が作動します。エラーを起こしやすい非相同末端結合（NHEJ）経路は、小さな挿入または欠失（インデル）を導入することが多く、結果として遺伝子をノックアウトします。あるいは、ドナーDNAテンプレートが提供される場合は、より正確な相同組換え修復（HDR）経路を使用して、新しい配列を挿入したり、変異を修正したりできます。