【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】工程化CasX系统
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求2019年6月7日提交的美国临时专利申请第62,858,750号、2019年12月6日提交的第62/944,892号和2020年5月27日提交的第63/030,838号的优先权,其内容各自以全文引用的方式并入本文中。
[0003]序列表以引用的方式并入
[0004]本申请含有序列表,所述序列表已以ASCII格式、经由EFS
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WEB提交且以全文引用的方式并入本文中。2020年6月5日创建的所述ASCII复本名为SCRB_011_03WO_SeqList_25且大小为3.63MB。
技术介绍
[0005]CRISPR
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Cas系统赋予细菌和古菌针对噬菌体和病毒的获得性免疫性。过去十年的密集研究未覆盖这些系统的生物化学。CRISPR
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Cas系统由Cas蛋白和CRISPR阵列组成,Cas蛋白涉及外来DNA或RNA的获取、靶向和裂解,CRISPR阵列包括侧接将Cas蛋白引导至其目标的短间隔序列的直接重复序列。2类CRISPR
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Cas为流线型式,其中结合至RNA的单一Cas蛋白负责结合至和裂解靶向序列。这些最小系统的可程序化性质促进其用作变革基因组操纵领域的通用技术。
[0006]迄今为止,发现的2类CRISPR/Cas系统中仅一些已广泛使用。因此,本领域中需要额外2类CRISPR/Cas系统(例如Cas蛋白加引导RNA组合),其已优化和/或相对于多种治疗、诊断和研 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种参考CasX蛋白的变体(CasX变体),其中:a.所述CasX变体包含所述参考CasX蛋白中的至少一个修饰;且b.其中相比于所述参考CasX蛋白,所述CasX变体展现至少一种改良特征。2.根据权利要求1所述的CasX变体,其中所述CasX变体的所述改良特征选自由以下组成的组:改良所述CasX变体的折叠;改良对引导核酸(gNA)的结合亲和力;改良对目标DNA的结合亲和力;改良在目标DNA的编辑中利用较大范围的一种或多种PAM序列,包括ATC、CTC、GTC或TTC的能力;改良目标DNA解旋;增加编辑活性;改良编辑效率;改良编辑特异性;增加核酸酶活性;增加用于双股裂解的目标股负载;减少用于单股切割的目标股负载;减少脱靶裂解;改良非目标DNA股的结合;改良蛋白质稳定性;改良蛋白质溶解度;改良蛋白质:gNA复合物(RNP)稳定性;改良蛋白质:gNA复合物溶解度;改良蛋白质产率;改良蛋白质表达;改良熔融特征,或其组合。3.根据权利要求1或2所述的Cas X变体,其中所述至少一个修饰包含:a.所述CasX变体的域中的至少一个氨基酸取代;b.所述CasX变体的域中的至少一个氨基酸缺失;c.所述CasX变体的域中的至少一个氨基酸插入;d.来自不同CasX的域的全部或一部分的取代;e.所述CasX变体的域的全部或一部分的缺失;或f.(a)
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(e)的任何组合。4.根据权利要求1至3中任一项所述的CasX变体,其中所述参考CasX蛋白包含SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2或SEQ ID NO:3的序列。5.根据权利要求1至4中任一项所述的CasX变体,其中所述至少一个修饰在选自以下的域中:a.非目标股结合(NTSB)域;b.目标股负载(TSL)域;c.螺旋形I域;d.螺旋形II域;e.寡核苷酸结合域(OBD);或f.RuvC DNA裂解域。6.根据权利要求5所述的CasX变体,其包含所述NTSB域中的至少一个修饰。7.根据权利要求5所述的CasX变体,其包含所述TSL域中的至少一个修饰。8.根据权利要求7所述的CasX变体,其中所述TSL域中的所述至少一个修饰包含SEQ ID NO:2的氨基酸Y857、S890或S932中的一个或多个的氨基酸取代。9.根据权利要求5所述的CasX变体,其包含所述螺旋形I域中的至少一个修饰。10.根据权利要求9所述的CasX变体,其中所述螺旋形I域中的所述至少一个修饰包含SEQ ID NO:2的氨基酸S219、L249、E259、Q252、E292、L307或D318中的一个或多个的氨基酸取代。11.根据权利要求5至10中任一项所述的CasX变体,其包含所述螺旋形II域中的至少一个修饰。12.根据权利要求11所述的CasX变体,其中所述螺旋形II域中的所述至少一个修饰包
含SEQ ID NO:2的氨基酸D361、L379、E385、E386、D387、F399、L404、R458、C477或D489中的一个或多个的氨基酸取代。13.根据权利要求5所述的CasX变体,其包含所述OBD域中的至少一个修饰。14.根据权利要求13所述的CasX变体,其中所述OBD中的所述至少一个修饰包含SEQ ID NO:2的氨基酸F536、E552、T620或I658中的一个或多个的氨基酸取代。15.根据权利要求5所述的CasX变体,其包含所述RuvC DNA裂解域中的至少一个修饰。16.根据权利要求15所述的CasX变体,其中所述RuvC DNA裂解域中的所述至少一个修饰包含SEQ ID NO:2的氨基酸K682、G695、A708、V711、D732、A739、D733、L742、V747、F755、M771、M779、W782、A788、G791、L792、P793、Y797、M799、Q804、S819或Y857中的一个或多个的氨基酸取代或氨基酸P793的缺失。17.根据权利要求5至16中任一项所述的CasX变体,其中所述修饰使得编辑目标DNA的能力增强。18.根据权利要求1至17中任一项所述的CasX变体,其中所述CasX变体能够与引导核酸(gNA)形成核糖核蛋白复合物(RNP)。19.根据权利要求1至18中任一项所述的CasX变体,其中所述至少一个修饰包含:a.所述CasX变体中1至100个连续或非连续氨基酸的取代;b.所述CasX变体中1至100个连续或非连续氨基酸的缺失;c.所述CasX中1至100个连续或非连续氨基酸的插入;或d.(a)
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(c)的任何组合。20.根据权利要求19所述的CasX变体,其中所述至少一个修饰包含:a.所述CasX变体中5
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10个连续或非连续氨基酸的取代;b.所述CasX变体中1
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5个连续或非连续氨基酸的缺失;c.所述CasX变体中1
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5个连续或非连续氨基酸的插入;或d.(a)
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(c)的任何组合。21.根据权利要求1至20中任一项所述的CasX变体,其中所述CasX变体包含一个域中的两个或更多个修饰。22.根据权利要求1至21中任一项所述的CasX变体,其中所述CasX变体包含两个或更多个域中的修饰。23.根据权利要求1至20中任一项所述的CasX变体,其包含所述CasX变体的非连续氨基酸残基区域的至少一个修饰,而形成其中发生gNA:目标DNA与所述CasX变体复合的通道。24.根据权利要求1至20中任一项所述的CasX变体,其包含所述CasX变体的非连续氨基酸残基区域的至少一个修饰,而形成与所述gNA结合的界面。25.根据权利要求1至20中任一项所述的CasX变体,其包含所述CasX变体的非连续氨基酸残基区域的至少一个修饰,而形成与所述非目标股DNA结合的通道。26.根据权利要求1至20中任一项所述的CasX变体,其包含所述CasX变体的非连续氨基酸残基区域的至少一个修饰,而形成与所述目标DNA的前间隔子邻近基序(PAM)结合的界面。27.根据权利要求1至20中任一项所述的CasX变体,其包含所述CasX变体的非连续表面暴露氨基酸残基区域的至少一个修饰。
28.根据权利要求1至20中任一项所述的CasX变体,其包含非连续氨基酸残基区域的至少一个修饰,而经由所述CasX变体的域中的疏水性填充形成核心。29.根据权利要求23至28中任一项所述的CasX变体,其中所述修饰为所述区域的一个或多个氨基酸的缺失、插入或取代中的一个或多个。30.根据权利要求23至28中任一项所述的CasX变体,其中所述CasX变体的所述区域的2至15个氨基酸残基经带电荷氨基酸取代。31.根据权利要求23至28中任一项所述的CasX变体,其中所述CasX变体的区域的2至15个氨基酸残基经极性氨基酸取代。32.根据权利要求23至28中任一项所述的CasX变体,其中所述CasX变体的区域的2至15个氨基酸残基经与DNA或RNA碱基堆叠的氨基酸取代。33.根据权利要求1至5中任一项所述的CasX变体,其中相比于SEQ ID NO:2,所述参考CasX序列的至少一个修饰选自以下中的一个或多个:a.L379R的氨基酸取代;b.A708K的氨基酸取代;c.T620P的氨基酸取代;d.E385P的氨基酸取代;e.Y857R的氨基酸取代;f.I658V的氨基酸取代;g.F399L的氨基酸取代;h.Q252K的氨基酸取代;i.L404K的氨基酸取代;和j.P793的氨基酸缺失。34.根据权利要求1至5中任一项所述的CasX变体,其中所述CasX变体具有选自由以下组成的组的序列:表3、8、9、10和12的序列,或与其具有至少约50%、至少约60%、至少约70%、至少约80%、至少约90%、或至少约95%、或至少约96%、或至少约97%、或至少约98%、或至少约99%序列一致性的序列。35.根据权利要求1至5中任一项所述的CasX变体,其包含选自由SEQ ID NO:258
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327、3508
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3520和4412
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4415组成的组的序列。36.根据权利要求1至5中任一项所述的CasX变体,其进一步包含来自不同CasX的NTSB和/或螺旋形1b域的取代。37.根据权利要求36所述的CasX变体,其中所述经取代的NTSB和/或所述螺旋形1b域来自SEQ ID NO:1的参考CasX。38.根据权利要求1至37中任一项所述的CasX变体,其进一步包含一个或多个核定位信号(NLS)。39.根据权利要求38所述的CasX变体,其中所述一个或多个NLS选自由以下各者组成的序列的组:PKKKRKV(SEQ ID NO:352)、KRPAATKKAGQAKKKK(SEQ ID NO:353)、PAAKRVKLD(SEQ ID NO:354)、RQRRNELKRSP(SEQ ID NO:355)、NQSSNFGPMKGGNFGGRSSGPYGGGGQYFAKPRNQGGY(SEQ ID NO:356)、RMRIZFKNKGKDTAELRRRRVEVSVELRKAKKDEQILKRRNV(SEQ ID NO:357)、VSRKRPRP(SEQ ID NO:358)、PPKKARED(SEQ ID NO:35()、PQPKKKPL(SEQ ID NO:360)、
SALIKKKKKMAP(SEQ ID NO:361)、DRLRR(SEQ ID NO:362)、PKQKKRK(SEQ ID NO:363)、RKLKKKIKKL(SEQ ID NO:364)、REKKKFLKRR(SEQ ID NO:365)、KRKGDEVDGVDEVAKKKSKK(SEQ ID NO:366)、RKCLQAGMNLEARKTKK(SEQ ID NO:367)、PRPRKIPR(SEQ ID NO:368)、PPRKKRTVV(SEQ ID NO:369)、NLSKKKKRKREK(SEQ ID NO:370)、RRPSRPFRKP(SEQ ID NO:371)、KRPRSPSS(SEQ ID NO:372)、KRGINDRNFWRGENERKTR(SEQ ID NO:373)、PRPPKMARYDN(SEQ ID NO:374)、KRSFSKAF(SEQ ID NO:375)、KLKIKRPVK(SEQ ID NO:376)、PKKKRKVPPPPAAKRVKLD(SEQ ID NO:377)、PKTRRRPRRSQRKRPPT(SEQ ID NO:378)、SRRRKANPTKLSENAKKLAKEVEN(SEQ ID NO:379)、KTRRRPRRSQRKRPPT(SEQ ID NO:380)、RRKKRRPRRKKRR(SEQ ID NO:381)、PKKKSRKPKKKSRK(SEQ ID NO:382)、HKKKHPDASVNFSEFSK(SEQ ID NO:383)、QRPGPYDRPQRPGPYDRP(SEQ ID NO:384)、LSPSLSPLLSPSLSPL(SEQ ID NO:385)、RGKGGKGLGKGGAKRHRK(SEQ ID NO:386)、PKRGRGRPKRGRGR(SEQ ID NO:387)和PKKKRKVPPPPKKKRKV(SEQ ID NO:389)。40.根据权利要求38所述的CasX变体,其包含SEQ ID NO:3540
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3549中的任一个的序列。41.根据权利要求38或39所述的CasX变体,其中所述一个或多个NLS位于所述CasX蛋白的C端处或附近。42.根据权利要求38或39所述的CasX变体,其中所述一个或多个NLS位于所述CasX蛋白的N端处或附近。43.根据权利要求38或39所述的CasX变体,其包含至少两个NLS,其中所述至少两个NLS位于所述CasX蛋白的N端处或附近和C端处或附近。44.根据权利要求2至43中任一项所述的CasX变体,其中相对于SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2或SEQ ID NO:3的参考CasX蛋白,所述CasX变体的所述改良特征中的一个或多个改良至少约1.1至约100倍或更大。45.根据权利要求2至43所述的CasX变体,其中相对于SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2或SEQ ID NO:3的参考CasX蛋白,所述CasX变体的所述改良特征中的一个或多个改良至少约1.1倍、至少约2倍、至少约10倍、至少约100倍或更大。46.根据权利要求2至45中任一项所述的CasX变体,其中所述改良特征包含编辑效率,且相比于SEQ ID NO:2的参考CasX蛋白,所述CasX变体包含改良1.1至100倍的编辑效率。47.根据权利要求1至46中任一项所述的CasX变体,其中相比于类似分析系统中包含参考CasX蛋白的RNP的编辑效率和/或结合性,当所述PAM序列TTC、ATC、GTC或CTC中的任一个位于与细胞分析系统中的所述gNA的靶向序列具有一致性的前间隔子的非目标股的5'为1个核苷酸时,包含所述CasX变体的RNP展现在目标DNA中目标序列的较大编辑效率和/或结合性。48.根据权利要求47所述的CasX变体,其中所述PAM序列为TTC。49.根据权利要求47所述的CasX变体,其中所述PAM序列为ATC。50.根据权利要求47所述的CasX变体,其中所述PAM序列为CTC。51.根据权利要求47所述的CasX变体,其中所述PAM序列为GTC。52.根据权利要求47中任一项所述的CasX变体,其中相对于包含所述参考CasX的所述RNP,包含所述CasX变体的所述RNP的目标DNA的改良编辑效率和/或与其的结合性改良至少
约1.1至约100倍。53.根据权利要求1至52中任一项所述的CasX变体,其中所述CasX变体包含400至2000个氨基酸。54.根据权利要求1至53中任一项所述的CasX变体,其中所述CasX变异蛋白包含具有切口酶活性的核酸酶域。55.根据权利要求1至53中任一项所述的CasX变体,其中所述CasX变异蛋白包含具有双股裂解活性的核酸酶域。56.根据权利要求1至53中任一项所述的CasX变体,其中所述CasX蛋白为无催化活性CasX(dCasX)蛋白,且其中所述dCasX和所述gNA保留结合至目标DNA的能力。57.根据权利要求56所述的CasX变体,其中所述dCasX包含以下残基处的突变:a.对应于SEQ ID NO:1的CasX蛋白的D672和/或E769和/或D935;或b.对应于SEQ ID NO:2的CasX蛋白的D659和/或E756和/或D922。58.根据权利要求57所述的CasX变体,其中所述突变为丙氨酸对残基的取代。59.根据权利要求1至58中任一项所述的CasX变体,其中所述CasX变体包含来自第一CasX蛋白的第一域和来自与所述第一CasX蛋白不同的第二CasX蛋白的第二域。60.根据权利要求59所述的CasX变体,其中所述第一域选自由以下组成的组:NTSB、TSL、螺旋形I、螺旋形II、OBD和RuvC域。61.根据权利要求59所述的CasX变体,其中所述第二域选自由以下组成的组:NTSB、TSL、螺旋形I、螺旋形II、OBD和RuvC域。62.根据权利要求59至61中任一项所述的CasX变体,其中所述第一域和所述第二域不为相同域。63.根据权利要求59至62中任一项所述的CasX变体,其中所述第一域包含选自由以下组成的组的序列的一部分:SEQ ID NO:1的氨基酸1
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56、57
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100、101
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191、192
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332、333
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509、510
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660、661
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824、825
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934和935
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986,且所述第二域包含选自由以下组成的组的序列的一部分:SEQ ID NO:2的氨基酸1
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58、59
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102、103
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192、193
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333、334
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501、502
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647、648
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812、813
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921和922
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978。64.根据权利要求1至63中任一项所述的CasX变体,其中所述CasX变体选自由以下组成的组:CasX变体SEQ ID NO:328、SEQ ID NO:3540、SEQ ID NO:4413、SEQ ID NO:4414、SEQ ID NO:4415、SEQ ID NO:329、SEQ ID NO:3541、SEQ ID NO:330、SEQ ID NO:3542、SEQ ID NO:331、SEQ ID NO:3543、SEQ ID NO:332、SEQ ID NO:3544、SEQ ID NO:333、SEQ ID NO:3545、SEQ ID NO:334、SEQ ID NO:3546、SEQ ID NO:335、SEQ ID NO:3547、SEQ ID NO:336和SEQ ID NO:3548。65.根据权利要求1至58中任一项所述的CasX变体,其中所述CasX变体包含至少一个嵌合域,其包含来自第一CasX蛋白的第一部分和来自与所述第一CasX蛋白不同的第二CasX蛋白的第二部分。66.根据权利要求65所述的CasX变体,其中所述至少一个嵌合域选自由以下组成的组:NTSB、TSL、螺旋形I、螺旋形II、OBD和RuvC域。67.根据权利要求65或66所述的CasX变体,其中所述第一CasX蛋白包含SEQ ID NO:1的序列,且所述第二CasX蛋白包含SEQ ID NO:2的序列。
68.根据权利要求66所述的CasX变体,其中所述至少一个嵌合域包含嵌合RuvC域。69.根据权利要求68所述的CasX变体,其中所述嵌合RuvC域包含SEQ ID NO:1的氨基酸661至824和SEQ ID NO:2的氨基酸922至978。70.根据权利要求68所述的CasX变体,其中所述嵌合RuvC域包含SEQ ID NO:2的氨基酸648至812和SEQ ID NO:1的氨基酸935至986。71.根据权利要求1至5中任一项所述的CasX变体,其包含选自由以下组成的组的序列:SEQ ID NO:247
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337、3301
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3493、3498
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3501、3505
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3520、3540
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3549和4412
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4415。72.根据权利要求1至5中任一项所述的CasX变体,其包含选自由以下组成的组的序列:SEQ ID NO:247
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337、3498
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3501、3505
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3520、3540
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3549和4412
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4415。73.根据权利要求1至5中任一项所述的CasX变体,其包含选自由以下组成的组的序列:SEQ ID NO:3498
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3501、3505
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3520和3540
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3549。74.根据权利要求1至73中任一项所述的CasX变体,其包含与CasX融合的异源蛋白或其域。75.根据权利要求74所述的CasX变体,其中所述异源蛋白或其域为碱基编辑剂。76.根据权利要求75所述的CasX变体,其中所述碱基编辑剂为腺苷脱氨酶、胞嘧啶脱氨酶或鸟嘌呤氧化酶。77.一种能够结合参考CasX蛋白或CasX变体的参考引导核酸支架的变体(gNA变体),其中:a.相比于所述参考引导核酸支架序列,所述gNA变体包含至少一个修饰;且b.相比于所述参考引导核酸支架,所述gNA变体展现一种或多...
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