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原型间隔区相邻基序 (PAM)

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

(图片仅供参考)

原间隔序列邻近基序 (PAM) 是一段短的、特异性的 DNA 序列,通常为 2-6 个碱基对,是 Cas 核酸酶结合并切割靶 DNA 序列所必需的。它位于入侵 DNA 中靶位点(原间隔序列)的下游。宿主自身的 DNA 中不存在 PAM。 CRISPR locus, which serves as a critical self-versus-non-self recognition mechanism, preventing autoimmune destruction.

前间隔序列邻近基序(PAM)的发现是理解CRISPR-Cas系统如何如此精准运作的关键时刻。研究人员观察到,该系统要成功靶向并切割外源DNA,目标序列旁边必须存在一段特定的短序列(即前间隔序列)。对于广泛使用的来自化脓性链球菌的Cas9蛋白而言,该序列为5'-NGG-3',其中'N'可以是任何核苷酸。Cas9蛋白携带其向导RNA,首先扫描DNA以寻找该PAM序列。只有当Cas9蛋白与PAM序列结合后,才会尝试解开相邻的DNA,并检测其是否与向导RNA序列匹配。如果匹配成功,Cas9的核酸酶结构域将被激活,从而产生双链断裂。

This PAM-dependent targeting mechanism is the key to how the system avoids attacking the bacterium’s own genome. The CRISPR 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
分子生物学

类型

生化机制

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 对……的特征 crispr-cas9 系统组件
  • 了解蛋白质-DNA结合相互作用和特异性
  • Crispr 作为 DNA 靶向免疫系统的假说
  • 体外试验检测 CAS 蛋白对不同 DNA 底物的活性

应用程序

  • CRISPR-Cas9 基因编辑中设计引导 RNA 的关键规则
  • 能够预测基因组中潜在的脱靶位点
  • 通过改变 pam 特异性来改造 cas 蛋白,以扩大可编辑基因组位点的范围
  • 开发高保真度 cas9 变体以减少脱靶效应的基础

专利:

NA

潜在创新理念

  • developing ‘pam-less’ cas nucleases through directed evolution for unrestricted genome editing
  • 创建一种仅在检测到病原体特异性 pam 序列时激活的诊断工具
  • 设计一个 DNA 数据存储系统,其中 PAM 序列充当文件头或索引标记
  • 改造 CAS 蛋白,使其能够识别甲基化 DNA,从而实现表观基因组特异性编辑
  • creating a ‘pam-lock’ system where a therapeutic gene is only activated in cells containing a viral pam sequence
  • 开发正交 cas-pam 对库,用于合成生物中复杂的多基因调控
  • using pam-binding domains as dna ‘stains’ for super-resolution microscopy of genomic regions
  • 创建一个光激活 pam 识别的系统,为基因编辑提供时空控制
  • engineering a cas protein that leaves a permanent ‘scar’ at the pam site after binding, creating a molecular event recorder
  • 设计一个计算工具来预测病毒pam序列在逃脱crispr压力时的进化
相关术语:PAM、原间隔序列邻近基序、Cas9、自身识别、DNA靶向、基因编辑、化脓性链球菌、脱靶效应、生物化学、NGG。

历史背景

1990
1997
2000
2008
1990
1990
1997
2000

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

第十年 周年纪念日

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