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Protospacer Adjacent Motif (PAM)

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

(설명을 위한 생성된 이미지입니다)

프로토스페이서 인접 모티프(PAM)는 Cas 뉴클레아제가 표적 DNA 서열에 결합하여 절단하는 데 필요한 짧고 특정한 DNA 서열로, 일반적으로 2~6개의 염기쌍으로 구성됩니다. 이는 침입하는 DNA에서 표적 부위(프로토스페이서) 바로 하류에 위치합니다. 숙주 DNA에는 PAM이 존재하지 않습니다. CRISPR locus, which serves as a critical self-versus-non-self recognition mechanism, preventing autoimmune destruction.

프로토스페이서 인접 모티프(PAM)의 발견은 CRISPR-Cas 시스템이 어떻게 그토록 정밀하게 작동하는지 이해하는 데 중요한 전환점이 되었습니다. 연구자들은 이 시스템이 외래 DNA를 성공적으로 표적화하고 절단하기 위해서는 표적 서열 바로 옆에 특정 짧은 서열(프로토스페이서)이 존재해야 한다는 것을 관찰했습니다. 널리 사용되는 연쇄상구균(Streptococcus pyogenes) 유래 Cas9의 경우, 이 서열은 5'-NGG-3'이며, 여기서 'N'은 임의의 뉴클레오티드일 수 있습니다. 가이드 RNA가 결합된 Cas9 단백질은 먼저 DNA에서 이 PAM 서열을 찾습니다. PAM에 결합해야만 단백질은 인접한 DNA를 풀어 가이드 RNA 서열과의 일치 여부를 확인합니다. 일치하는 부분이 발견되면 Cas9의 뉴클레아제 도메인이 활성화되어 이중 가닥 절단을 생성합니다.

This PAM-dependent targeting mechanism is the key to how the system avoids attacking the bacterium’s own genome. The 크리스퍼 array, from which the guide RNAs are derived, contains the same spacer sequences as the targets. However, the repeat sequences within the CRISPR array do not contain the PAM sequence. Consequently, the Cas9-gRNA complex cannot bind stably to the CRISPR locus itself, preventing an autoimmune catastrophe. This elegant solution for self/non-self discrimination is a hallmark of the system’s efficiency. For gene editing applications, the PAM requirement is a double-edged sword: it ensures specificity but also constrains the set of possible target sites in a genome. This has driven significant research into discovering or engineering Cas variants with different, more flexible, or even non-existent PAM requirements to make any part of the genome accessible to editing.

UNESCO Nomenclature: 2417
분자생물학

유형

생화학적 메커니즘

분열

상당한

용법

널리 사용됨

전구체

  • 특성화 크리스프르-카스9 시스템 구성 요소
  • 단백질-DNA 결합 상호작용 및 특이성에 대한 이해
  • CRISPR이 DNA를 표적으로 하는 면역 시스템이라는 가설
  • 다양한 DNA 기질에 대한 CAS 단백질 활성을 테스트하기 위한 시험관 내 분석법

응용 프로그램

  • CRISPR-Cas9 유전자 편집에서 가이드 RNA 설계를 위한 핵심 규칙
  • 게놈 내 잠재적인 오프타겟 부위를 예측할 수 있도록 함
  • PAM 특이성을 변경한 CAS 단백질을 설계하여 편집 가능한 유전체 부위의 범위를 확장합니다.
  • 표적 외 효과를 줄이는 고충실도 Cas9 변이체 개발의 기반

특허:

NA

잠재적 혁신 아이디어

  • developing ‘pam-less’ cas nucleases through directed evolution for unrestricted genome editing
  • creating a diagnostic tool that only activates upon detecting a pathogen-specific pam sequence
  • designing a dna data storage system where the pam sequence acts as a file header or index marker
  • engineering cas proteins that recognize methylated dna as a pam, allowing for epigenome-specific editing
  • creating a ‘pam-lock’ system where a therapeutic gene is only activated in cells containing a viral pam sequence
  • developing a library of orthogonal cas-pam pairs for complex, multi-gene regulation in synthetic organisms
  • using pam-binding domains as dna ‘stains’ for super-resolution microscopy of genomic regions
  • creating a system where pam recognition is light-activated, providing spatiotemporal control over gene editing
  • engineering a cas protein that leaves a permanent ‘scar’ at the pam site after binding, creating a molecular event recorder
  • designing a computational tool to predict the evolution of viral pam sequences as they escape crispr pressure
관련 용어: PAM, 프로토스페이서 인접 모티프, cas9, 자가 인식, DNA 타겟팅, 유전자 편집, 연쇄상구균, 오프타겟, 생화학, NGG.

역사적 맥락

1990
1997
2000
2008
1990
1990
1997
2000

(날짜를 알 수 없거나 관련이 없는 경우, 예를 들어 "유체역학"의 경우, 주목할 만한 등장 시기를 대략적으로 추정하여 제공합니다.)

10년차 기념일

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