프로그래밍 가능한 유전자 편집 도구로서의 CRISPR-Cas9

The transformation of the CRISPR-Cas9 bacterial immune system into a universal tool for genome editing was a landmark achievement in 분자생물학핵심적인 통찰은 이 시스템을 재프로그래밍할 수 있는 잠재력을 인식한 것이었습니다. 자연적인 형태의 II형 시스템은 Cas9 단백질, 표적 서열을 포함하는 crRNA, 그리고 crRNA 성숙 및 Cas9 활성화에 필수적인 tracrRNA라는 세 가지 구성 요소를 사용합니다. Doudna와 Charpentier 연구팀은 이 시스템을 단순화할 수 있음을 입증했습니다. 그들은 crRNA의 3' 말단과 tracrRNA의 5' 말단을 합성 헤어핀 루프로 연결하여 단일 키메라 RNA인 단일 가이드 RNA(sgRNA)를 설계했습니다. 이 sgRNA는 이중 RNA 시스템의 모든 필수 기능을 유지했습니다.

이러한 단순화는 혁명적이었습니다. Cas9 뉴클레아제를 새로운 DNA 부위로 재표적화하려면 20개 뉴클레오티드로 구성된 다른 가이드 서열을 가진 새로운 sgRNA만 합성하면 되기 때문입니다. 이는 기존의 아연 손가락 뉴클레아제(ZFN)나 TALEN과 같은 유전자 편집 방식에 비해 사용 편의성, 비용 효율성, 확장성을 크게 향상시켰습니다. 기존 방식들은 새로운 표적마다 복잡하고 비용이 많이 드는 단백질 합성이 필요했습니다. Cas9-sgRNA 복합체가 세포에 도입되면, 표적 DNA 서열을 찾아 이중 가닥 절단(DSB)을 일으킵니다. 그러면 세포의 자연적인 DNA 복구 메커니즘이 작동합니다. 오류 발생 가능성이 높은 비상동 말단 접합(NHEJ) 경로는 종종 작은 삽입이나 삭제(indel)를 유발하여 유전자를 효과적으로 제거합니다. 또는, 공여체 DNA 템플릿이 제공되면, 보다 정밀한 상동성 유도 복구(HDR) 경로를 사용하여 새로운 서열을 삽입하거나 돌연변이를 교정할 수 있습니다.