基因PAM(Protospacer Adjacent Motif)是CRISPR-Cas系统中Cas蛋白识别并结合DNA靶点的重要序列。CRISPR-Cas系统是一种细菌和古菌的免疫机制,用于抵御入侵的病毒和质粒。近年来,CRISPR-Cas系统已被广泛应用于基因编辑和调控领域。PAM序列的识别和结合对于Cas蛋白的功能至关重要,因为它决定了Cas蛋白能够切割或修饰的DNA靶点的范围。
PAM序列通常是位于CRISPR识别序列(protospacer)末端的简短序列,其序列和长度在不同类型的Cas蛋白中有所不同。例如,最广泛使用的SpCas9蛋白识别5'-NGG-3' PAM序列。PAM序列的存在使得Cas蛋白能够精确地识别并结合到特定的DNA序列上,从而实现高效的基因编辑和调控。
然而,PAM序列的限制也限制了CRISPR-Cas系统的应用范围。为了克服这一限制,研究人员已经开发了一系列具有不同PAM识别特性的Cas蛋白变体。例如,SpdCas9是一种经过改造的SpCas9变体,它可以识别更广泛的PAM序列,包括5'-CAT-3'和5'-NRN-3'等。这种改造使得SpdCas9能够在更广泛的DNA靶点上发挥作用,从而扩大了CRISPR-Cas系统的应用范围[1]。
除了SpdCas9之外,还有其他Cas蛋白变体也被开发出来,以识别不同的PAM序列。例如,SedCas9是一种来自Streptococcus equinus的Cas9变体,它可以识别NAG PAM序列。通过替换SedCas9中的PAM结合结构域,研究人员成功地将其PAM识别特性改变为NGG或NAA,从而实现了对更广泛PAM序列的识别[2]。
此外,还有研究开发了一种PAM独立的Cas9变体,称为SpRY。SpRY可以识别并结合到没有PAM序列的DNA靶点上,从而实现了对更广泛DNA靶点的编辑和调控[3]。
总的来说,PAM序列在CRISPR-Cas系统中起着至关重要的作用。通过对Cas蛋白进行改造,研究人员已经开发了一系列具有不同PAM识别特性的Cas蛋白变体,从而扩大了CRISPR-Cas系统的应用范围。这些改造使得CRISPR-Cas系统能够在更广泛的DNA靶点上发挥作用,从而实现了更精确和高效的基因编辑和调控。未来的研究将继续探索PAM序列的特性和功能,并开发更多具有不同PAM识别特性的Cas蛋白变体,以进一步推动CRISPR-Cas系统在基因编辑和调控领域的应用。
参考文献:
1. Wang, Jian, Teng, Yuxi, Zhang, Ruihua, Xie, Zhong-Ru, Yan, Yajun. 2021. Engineering a PAM-flexible SpdCas9 variant as a universal gene repressor. In Nature communications, 12, 6916. doi:10.1038/s41467-021-27290-9. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34824292/
2. Wang, Jian, Teng, Yuxi, Gong, Xinyu, Xie, Zhong-Ru, Yan, Yajun. 2022. Exploring and engineering PAM-diverse Streptococci Cas9 for PAM-directed bifunctional and titratable gene control in bacteria. In Metabolic engineering, 75, 68-77. doi:10.1016/j.ymben.2022.10.005. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36404524/
3. Klanschnig, Marco, Cserjan-Puschmann, Monika, Striedner, Gerald, Grabherr, Reingard. . CRISPRactivation-SMS, a message for PAM sequence independent gene up-regulation in Escherichia coli. In Nucleic acids research, 50, 10772-10784. doi:10.1093/nar/gkac804. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36134715/