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プロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)

2008
  • Luciano Marraffini
  • Erik Sontheimer
Molecular biologist analyzing DNA sequence with focus on Protospacer Adjacent Motif in a laboratory.

(画像はイメージです)

プロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)は、Casヌクレアーゼが標的DNA配列に結合して切断するために必要な、通常2~6塩基対の短い特異的なDNA配列です。侵入DNA中の標的部位(プロトスペーサー)のすぐ下流に位置しています。PAMは宿主自身のDNAには存在しません。 クリスパー この遺伝子座は、自己と非自己を認識する重要なメカニズムとして機能し、自己免疫による破壊を防ぎます。

プロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)の発見は、CRISPR-Casシステムがなぜこれほど高い精度で機能するのかを理解する上で極めて重要な出来事でした。研究者たちは、このシステムが外来DNAを標的として切断するには、標的配列の隣に特定の短い配列(プロトスペーサー)が存在する必要があることを発見しました。広く用いられている*Streptococcus pyogenes*由来のCas9の場合、この配列は5'-NGG-3'であり、'N'は任意のヌクレオチドです。ガイドRNAを搭載したCas9タンパク質は、まずDNAをスキャンしてこのPAM配列を探します。PAMに結合した場合にのみ、タンパク質は隣接するDNAをほどき、ガイドRNA配列との一致をテストします。一致が見つかった場合、Cas9のヌクレアーゼドメインが活性化され、二本鎖切断が行われます。

このPAM依存性標的化メカニズムは、システムが細菌自身のゲノムを攻撃することを回避する鍵となる。ガイドRNAの由来となるCRISPRアレイは、標的と同じスペーサー配列を含んでいる。しかし、CRISPRアレイ内の反復配列にはPAM配列は含まれていない。そのため、Cas9-gRNA複合体はCRISPR遺伝子座自体に安定的に結合することができず、自己免疫反応による大惨事を防いでいる。自己/非自己を識別するこの洗練された解決策は、システムの効率性を示す特徴である。遺伝子編集アプリケーションにおいては、PAM要件は諸刃の剣である。特異性を保証する一方で、ゲノム内の標的部位の範囲を制限してしまう。このため、ゲノムのあらゆる部分を編集可能にするために、異なる、より柔軟な、あるいは存在しないPAM要件を持つCas変異体を発見または設計するための研究が盛んに行われている。

UNESCO Nomenclature: 2417
分子生物学

タイプ

生化学的メカニズム

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • characterization of the crispr-cas9 system’s components
  • タンパク質-DNA結合相互作用と特異性の理解
  • CRISPRがDNAを標的とする免疫システムであるという仮説
  • 様々なDNA基質に対するCasタンパク質の活性を試験するためのin vitroアッセイ

アプリケーション

  • CRISPR-Cas9遺伝子編集におけるガイドRNA設計の重要なルール
  • ゲノム内の潜在的なオフターゲット部位の予測を可能にする
  • PAM特異性を改変したCasタンパク質を設計し、編集可能なゲノム部位の範囲を拡大する
  • オフターゲット効果を低減する高精度Cas9変異体の開発の基礎

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード: PAM、プロトスペーサー隣接モチーフ、Cas9、自己認識、DNAターゲティング、遺伝子編集、S. pyogenes、オフターゲット、生化学、NGG。

歴史的背景

プロトスペーサー隣接モチーフ(PAM)

1990
1997
2000
2008
1990
1990
1997
2000

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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