Integrative Structural Biology Studies on the development for safe and efficient Cas3 genome editing tools

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近年、クラス1タイプIに属するCRISPR-Cas3システムを用いた真核細胞における国産ゲノム編集ツールの開発が進んでいる。クラス2タイプIIのCas9は二本鎖DNAを切断して小さな欠失変異を導入するが、Cas3は、標的DNAと相補的なcrRNAを結合したCascadeが標的DNA領域に結合したサイトに結合し、数百~数キロに渡る大規模欠失変異を導入する。一方で二次的なDNA切断によって予期せぬ欠失変異が懸念される。この二次的なDNA切断活性の発現メカニズムを理解できれば、より安全なゲノム編集ツールとして開発が可能であるが、そのメカニズムは未だ不明である。そのためには、ターゲットDNAのnon-target鎖を特異的に切断するメカニズムと、target鎖を切断する活性や非特異的にCas3近傍の一本鎖DNAを切断する二次的な活性のメカニズムの違いを詳細に理解する必要がある。そしてそれらのメカニズムの使い分けを可能としている構造的特徴を捉え二次的なDNA切断活性を欠損させた新規かつ安全な大腸菌由来Cas3改変体を開発する。本研究では我々が開発した大腸菌由来Cas3の効率的生産システムにより得られた高品質なタンパク質を用い、未だ明らかとなっていない大腸菌由来Cas3の原子分解能での構造解析を行い、機能と密接に関係した構造的特徴を捉える。本研究によって開発された新しいCRISPR-Cas3システムは安全性が担保されると考えられ、新規モデル動物の開発、遺伝子治療研究等に寄与するだけでなく、Cas9関連の知財に係らない国産ゲノム編集ツールの開発を推進するものである。