ブックタイトル日本結晶学会誌Vol57No2

概要

日本結晶学会誌Vol57No2

日本結晶学会誌57，96-103（2015）総合報告（学会賞受賞論文）Cas9の結晶構造東京大学大学院理学系研究科，科学技術振興機構さきがけ西増弘志Hiroshi NISHIMASU: Crystal Structure of Cas9Cas9 is an RNA-guided DNA endonuclease and is implicated in the bacterial CRISPR-Casadaptive immune system. Cas9 binds dual guide RNAs or single-guide RNA, and the Cas9-RNAcomplex recognizes and cleaves target double-stranded DNA via RNA-DNA complementarity.To understand this unprecedented, RNA-guided DNA cleavage mechanism, we solved the crystalstructure of Cas9 in complex with guide RNA and target DNA. The ternary complex structure providesinsights into the RNA-guided DNA cleavage mechanism, and paves the way for the rational design ofnew, Cas9-based tools.1．はじめに原核生物の生体防御機構にかかわるヌクレアーゼとして同定されたCas9は，ガイド鎖RNAと協働して2本鎖DNAを認識・切断する機能をもつ．このユニークな性質を応用した新規技術が生命科学に革命を起こしている．本稿では，結晶構造から明らかになってきたCas9の作動機構，および，Cas9を応用した革新技術について紹介する．2．CRISPR-CasシステムCRISPR（clustered regularly interspaced short palindromicrepeat）-Cas（CRISPR-associated）システムは原核生物のもつ獲得免疫機構であり，ファージやプラスミドなどの外来核酸に対する防御機構としてはたらく1）（図1）．原核生物のゲノムに存在するCRISPR領域はCRISPRアレイとCasオペロンからなる．CRISPRアレイは外来核酸に由来する塩基配列（スペーサー配列と呼ばれる）とリピート配列からなり，crRNA（CRISPR RNA）をコードする．一方，CasオペロンはCasタンパク質群をコードしている．細菌に感染した外来核酸はCas1-Cas2複合体のはたらきにより新たなスペーサー配列としてCRISPRアレイに取り込まれる．2）,3）CRISPRアレイから転写されたcrRNAは特定のCasタンパク質と複合体を形成し，Cas1?Cas2Cas1?Cas2Foreign DNAAquisitionCas operonCRISPR arrayRepeatcas9 cas1 cas2 csn2SpacerTranscriptionTranscriptiontrans-activating crRNA(tracrRNA)3’5’crRNA/tracrRNA processing5’Pre-CRISPR RNA(Pre-crRNA)3’Anti-repeatpre-crRNA5’Cas9 Cas9 Cas9RNaseIII RNaseIII3’3’5’3’5’20-nt guide (spacer)crRNATarget cleavagetracrRNAtracrRNAtracrRNACas9?crRNA?tracrRNA図1 II型CRISPR-Casシステム．（Type II CRISPR-Cas system.）96日本結晶学会誌第57巻第2号（2015）