使用核小体相互作用蛋白结构域来增强靶向基因组修饰制造技术

使用核小体相互作用蛋白结构域以增加可编程DNA修饰蛋白对靶染色体序列的可及性，从而增加在真核细胞中靶向基因组/表观遗传修饰的效率的组合物和方法。

Enhancement of targeted genomic modification using nucleosome interacting protein domains

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用核小体相互作用蛋白结构域来增强靶向基因组修饰领域本公开内容涉及用于增加靶向基因组修饰、靶向转录调节或靶向表观遗传修饰的效率的组合物和方法。背景可编程内切核酸酶日益成为在真核生物中靶向基因组改造或修饰的重要工具。最近，RNA-指导的成簇的规律间隔的短回文重复序列(CRISPR)系统作为新一代基因组修饰工具出现。与前代的核酸酶例如锌指核酸酶(ZFN)和转录激活物样效应核酸酶(TALEN)相比，这些新的可编程内切核酸酶提供了空前的简单性和通用性。然而，真核细胞中的染色质屏障可阻碍原核生物衍生的CRISPR系统的靶标可及性和裂解(Hinzetal,Biochemistry,2015,54:7063-66;Horlbecketal.,eLife,2016,5:e12677)。事实上，当使用酿脓链球菌(Streptococcuspyogenes)Cas9(SpCas9)时，在某些哺乳动物基因组位点上观察到没有编辑活性或具有低的编辑活性，迄今为止SpCas9被认为是最具活性的CRISPR核酸酶。此外，迄今为止已被表征的许多CRISPR核酸酶显示在哺乳动物细胞中没有活性，即使它们在细菌中或对纯化的DNA底物有活性。因此，需要改进CRISPR核酸酶系统和其它可编程DNA修饰蛋白克服染色质阻碍的能力以在真核生物中增加靶向基因组或表观遗传修饰的效率。简述在本公开内容的各个方面中提供了融合蛋白，各融合蛋白包含至少一种与可编程DNA修饰蛋白连接的核小体相互作用蛋白结构域。至少一种核小体相互作用蛋白结构域可以是来自高迁移率族(HMG)box(HMGB)蛋白的DNA结合结构域，所述蛋白选自HMGB1、HMGB2或HMGB3；选自HMGN1、HMGN2、HMGN3a、HMGN3b、HMGN4或HMGN5的HMG核小体-结合(HMGN)蛋白；来自组蛋白H1变体的中央球状结构域；来自染色质重塑复合物蛋白的DNA结合结构域，所述蛋白选自开关/蔗糖非发酵性(SWI/SNF)复合物、模仿开关(ISWI)复合物、克罗莫结构域-解旋酶-DNA结合(CHD)复合物、核小体重塑和去乙酰基酶(NuRD)复合物、INO80复合物、SWR1复合物、RSC复合物，或其组合。在一些实施方案中，至少一种核小体相互作用蛋白结构域可以是HMGB1boxA结构域、HMGN1蛋白、HMGN2蛋白、HMGN3a蛋白、HMGN3b蛋白、组蛋白H1中央球状结构域、ISWI蛋白DNA结合结构域、CHD1蛋白DNA结合结构域或其组合。在一些实施方案中，可编程DNA修饰蛋白具有核酸酶活性，和可编程DNA修饰蛋白可以是成簇的规律间隔的短回文重复序列(CRISPR)核酸酶或切口酶、锌指核酸酶(ZFN)、转录激活物样效应核酸酶(TALEN)、大范围核酸酶或包含与核酸酶结构域连接的可编程DNA结合结构域的嵌合蛋白。在其它实施方案中，可编程DNA修饰蛋白具有非-核酸酶活性，和可编程DNA修饰蛋白可以是包含与非-核酸酶结构域连接的可编程DNA结合结构域的嵌合蛋白。嵌合蛋白的可编程DNA结合结构域可以是经修饰以缺少所有核酸酶活性的CRISPR蛋白、锌指蛋白或转录激活物-样效应物，和嵌合蛋白的非-核酸酶结构域可具有乙酰基转移酶活性、去乙酰基酶活性、甲基转移酶活性、去甲基酶活性、激酶活性、磷酸酶活性、泛素连接酶活性、去泛素化活性、腺苷酸化活性、去腺苷酸化活性、SUMO化活性、去SUMO化活性、核糖基化活性、去核糖基化活性、豆蔻酰化活性、去豆蔻酰化活性、瓜氨酸化活性、解旋酶活性、氨基化活性、去氨基化活性、烷基化活性、去烷基化活性、氧化活性、转录激活活性或转录阻抑活性。在某些实施方案中，嵌合蛋白的非-核酸酶结构域可具有胞嘧啶脱氨酶活性、组蛋白乙酰基转移酶活性、转录激活活性或转录阻抑活性。至少一种核小体相互作用蛋白结构域可通过化学键直接、通过接头间接或其组合，连接至可编程DNA修饰蛋白。至少一种核小体相互作用蛋白结构域可连接至可编程DNA修饰蛋白的N-末端、C-末端和/或内部位置。在一些实施方案中，融合蛋白包含至少两种与可编程DNA修饰蛋白连接的核小体相互作用蛋白结构域。本文公开的融合蛋白可进一步包含至少一种核定位信号、至少一种细胞-穿透结构域、至少一种标记结构域或其组合。本公开内容的另一方面包括融合蛋白，其包含与至少一种核小体相互作用蛋白结构域连接的CRISPR蛋白。一般而言，所述融合蛋白的CRISPR蛋白可以是II型CRISPR/Cas9蛋白或V型CRISPR/Cpf1蛋白。在某些实施方案中，CRISPR蛋白可以是酿脓链球菌(Streptococcuspyogenes)Cas9(SpCas9)、嗜热链球菌(Streptococcusthermophilus)Cas9(StCas9)、巴氏链球菌(Streptococcuspasteurianus)(SpaCas9)、空肠弯曲杆菌(Campylobacterjejuni)Cas9(CjCas9)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)(SaCas9)、新凶手弗朗西斯菌(Francisellanovicida)Cas9(FnCas9)、灰色奈瑟菌(Neisseriacinerea)Cas9(NcCas9)、脑膜炎奈瑟菌(Neisseriameningitis)Cas9(NmCas9)、新凶手弗朗西斯菌(Francisellanovicida)Cpf1(FnCpf1)、氨基酸球菌属(Acidaminococcussp.)Cpf1(AsCpf1)或毛螺旋菌科(Lachnospiraceae)细菌ND2006Cpf1(LbCpf1)。在一些实施方案中，CRISPR蛋白具有核酸酶或切口酶活性。例如，CRISPR蛋白可以是II型CRISPR/Cas9核酸酶或切口酶或V型CRISPR/Cpf1核酸酶或切口酶。在其它实施方案中，CRISPR蛋白具有非-核酸酶活性。在这样的重复中，CRISPR蛋白可以是经修饰以缺少所有核酸酶活性和与非-核酸酶结构域连接的II型CRISPR/Cas9蛋白，或经修饰以缺少所有核酸酶活性和与非-核酸酶结构域连接的V型CRISPR/Cpf1蛋白，其中非-核酸酶结构域可具有胞嘧啶脱氨酶活性、组蛋白乙酰基转移酶活性、转录激活活性或转录阻抑活性。CRISPR融合蛋白的至少一种核小体相互作用蛋白结构域可以是高迁移率族(HMG)box(HMGB)DNA结合结构域、HMG核小体-结合(HMGN)蛋白、来自组蛋白H1变体的中央球状结构域、来自染色质重塑复合物蛋白的DNA结合结构域或其组合。在某些实施方案中，CRISPR融合蛋白的至少一种核小体相互作用蛋白结构域可以是HMGB1boxA结构域、HMGN1蛋白、HMGN2蛋白、HMGN3a蛋白、HMGN3b蛋白、组蛋白H1中央球状结构域、模仿开关(ISWI)蛋白DNA结合结构域、克罗莫结构域-解旋酶-DNA蛋白1(CHD1)DNA结合结构域或其组合。至少一种核小体相互作用蛋白结构域可通过化学键直接、通过接头间接或其组合，连接至CRISPR蛋白本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.融合蛋白，其包含与可编程DNA修饰蛋白连接的至少一种核小体相互作用蛋白结构域。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170711 US 62/5312221.融合蛋白，其包含与可编程DNA修饰蛋白连接的至少一种核小体相互作用蛋白结构域。


2.权利要求1的融合蛋白，其中所述至少一种核小体相互作用蛋白结构域是来自高迁移率族(HMG)box(HMGB)蛋白的DNA结合结构域，所述蛋白选自HMGB1、HMGB2或HMGB3；选自HMGN1、HMGN2、HMGN3a、HMGN3b、HMGN4或HMGN5的HMG核小体-结合(HMGN)蛋白；来自组蛋白H1变体的中央球状结构域；来自染色质重塑复合物蛋白的DNA结合结构域，所述蛋白选自开关/蔗糖非发酵性(SWI/SNF)复合物、模仿开关(ISWI)复合物、克罗莫结构域-解旋酶-DNA结合(CHD)复合物、核小体重塑和去乙酰基酶(NuRD)复合物、INO80复合物、SWR1复合物、RSC复合物，或其组合。


3.权利要求2的融合蛋白，其中所述至少一种核小体相互作用蛋白结构域是HMGB1boxA结构域、HMGN1蛋白、HMGN2蛋白、HMGN3a蛋白、HMGN3b蛋白、组蛋白H1中央球状结构域、ISWI蛋白DNA结合结构域、CHD1蛋白DNA结合结构域或其组合。


4.权利要求1-3中任一项的融合蛋白，其中所述可编程DNA修饰蛋白具有核酸酶活性。


5.权利要求4的融合蛋白，其中所述可编程DNA修饰蛋白是成簇的规律间隔的短回文重复序列(CRISPR)核酸酶或切口酶、锌指核酸酶(ZFN)、转录激活物样效应核酸酶(TALEN)、大范围核酸酶或包含与核酸酶结构域连接的可编程DNA结合结构域的嵌合蛋白。


6.权利要求1-3中任一项的融合蛋白，其中所述可编程DNA修饰蛋白具有非-核酸酶活性。


7.权利要求6的融合蛋白，其中所述可编程DNA修饰蛋白是包含与非-核酸酶结构域连接的可编程DNA结合结构域的嵌合蛋白。


8.权利要求7的融合蛋白，其中所述可编程DNA结合结构域是经修饰以缺少所有核酸酶活性的CRISPR蛋白、锌指蛋白或转录激活物-样效应物。


9.权利要求7的融合蛋白，其中所述非-核酸酶结构域具有乙酰基转移酶活性、去乙酰基酶活性、甲基转移酶活性、去甲基酶活性、激酶活性、磷酸酶活性、泛素连接酶活性、去泛素化活性、腺苷酸化活性、去腺苷酸化活性、SUMO化活性、去SUMO化活性、核糖基化活性、去核糖基化活性、豆蔻酰化活性、去豆蔻酰化活性、瓜氨酸化活性、解旋酶活性、氨基化活性、去氨基化活性、烷基化活性、去烷基化活性、氧化活性、转录激活活性或转录阻抑活性。


10.权利要求9的融合蛋白，其中所述非-核酸酶结构域具有胞嘧啶脱氨酶活性、组蛋白乙酰基转移酶活性、转录激活活性或转录阻抑活性。


11.权利要求1-10中任一项的融合蛋白，其中所述至少一种核小体相互作用蛋白结构域通过化学键直接、通过接头间接或其组合，与可编程DNA修饰蛋白连接。


12.权利要求1-11中任一项的融合蛋白，其中所述至少一种核小体相互作用蛋白结构域与可编程DNA修饰蛋白在其N-末端、C-末端、内部位置或其组合连接。


13.权利要求1-12中任一项的融合蛋白，进一步包含至少一种核定位信号、至少一种细胞-穿透结构域、至少一种标记结构域或其组合。


14.融合蛋白，其包含与至少一种核小体相互作用蛋白结构域连接的成簇的规律间隔的短回文重复序列(CRISPR)蛋白。


15.权利要求14的融合蛋白，其中所述CRISPR蛋白是II型CRISPR/Cas9核酸酶或切口酶，或者所述CRISPR蛋白是V型CRISPR/Cpf1核酸酶或切口酶。


16.权利要求14或15的融合蛋白，其中所述CRISPR蛋白是经修饰以缺少所有核酸酶活性并与非-核酸酶结构域连接的II型CRISPR/Cas9蛋白，或者经修饰以缺少所有核酸酶活性和与非-核酸酶结构域连接的V型CRISPR/Cpf1蛋白。


17.权利要求16的融合蛋白，其中所述非-核酸酶结构域具有胞嘧啶脱氨酶活性、组蛋白乙酰基转移酶活性、转录激活活性或转录阻抑活性。


18.权利要求14-17中任一项的融合蛋白，其中所述至少一种核小体相互作用蛋白结构域是高迁移率族(HMG)box(HMGB)DNA结合结构域、HMG核小体-结合(HMGN)蛋白、来自组蛋白H1变体的中央球状结构域、来自染色质重塑复合物蛋白的DNA结合结构域或其组合。


19.权利要求18的融合蛋白，其中至少一种核小体相互作用蛋白结构域是HMGB1boxA结构域、HMGN1蛋白、HMGN2蛋白、HMGN3a蛋白、HMGN3b蛋白、组蛋白H1中央球状结构域、模仿开关(ISWI...

【专利技术属性】
技术研发人员：F陈，X丁，Y冯，GD戴维斯，
申请(专利权)人：西格马奥尔德里奇有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US