Introduction to the CRISPR/Cas9 system

A powerful method for engineering your gene of interest

CRISPR (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) / Cas9 기술은 기존의 Genome Editing 기술인 Zinc finger nuclease (ZFN), Transcription activator-like effector nuclease (TALEN)에 비해 보다 효율적이고 용이하게 유전자 편집을 수행할 수 있다. CRISPR/Cas9 시스템은 어떠한 유기체 (organism)에서도 표적 특이적인 유전자 편집 (Site-specific genomic targeting)을 할 수 있다.

Type II CRISPR/Cas 시스템은 원핵 생물의 적응 면역 시스템 (prokaryotic adaptive immune response system)으로써, Cas9 nuclease를 유도하는 non-coding RNA를 이용하여 특이성 높은 DNA 절단 (site-specific DNA cleavage) 반응을 일으킨다. 이러한 DNA 손상은 세포의 DNA repair mechanism인 Non-homologous end joining DNA repair pathway (NHEJ) 또는 Homology-directed repair pathway (HDR)를 통해 수복된다.

연구자들은 CRISPR/Cas9 시스템의 RNA-programmable 방법을 이용하여 보다 간단한 포유류 세포의 유전자 편집을 수행하기 위해 CRISPR 유전자 편집 기술을 개발해왔으며, NHEJ repair와 HDR repair 모두 적용할 수 있다. Gene disruption에 의한 유전자 편집을 수행하기 위해, Cas9 nuclease를 특정유전자로 유도하기 위한 single guide RNA (sgRNA)를 제조한다. Cas9 nuclease에 의해 발생된 double-strand DNA break 현상은 NHEJ DNA Repair pathway 를 통해 수복된다. NHEJ Repair는 오류를 동반하는 복구 방식이기 때문에 유전자의 기능을 저해할 수 있는 유전자 삽입 또는 삭제 (insertion and deletions; Indels)이 발생한다 (그림 1)


그림 1. CRISPR/Cas9 시스템에 의한 gene disruption 원리
(1) Single guide RNA (sgRNA)는 표적 DNA와 상보적으로 결합하는 crRNA 서열과 Cas9 단백질과 상호작용하는 tracrRNA로 이루어져 있다.
(2) sgRNA와 DNA endonuclease 활성을 가진 Cas9 재조합 단백질이 복합체를 형성한다.
(3) sgRNA-Cas9 복합체가 목적유전자에 상보적 결합 후, Double-strand DNA를 절단한다
(4) 절단부위는 Non-homologous end joining (NHEJ) repair에 의해 수복이 되고, 이로 인해 insertions/deletions (INDELs)이 발생하여 유전자 기능이 파괴된다.

CRISPR/Cas9 기술은 매우 혁신적인 유전자 편집 기술로, 이전에는 어려웠던 유전자 편집을 효율적이고 단순하게 진행할 수 있다. 다카라에서 제공하는 Guide-it 제품은 CRISPR/Csa9 유전자 편집을 위한 다양한 제품을 제공하여 CRISPR/Cas9 시스템의 사용성을 보다 향상시켰다.