Cas9: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 21. März 2024, 09:54 Uhr

Synonyme: CRISPR-assoziiertes Protein 9, Cas5 (veraltet)
Englisch: Cas9, CRISPR-associated protein 9

Definition

Cas9 ist eine bakterielle Endonuklease, die DNA-Stränge mit einem Doppelstrangbruch spaltet. Das Protein dient Bakterien zur Abwehr von Bakteriophagen.

Struktur

Cas9 setzt sich aus zwei Lappen zusammen, zwischen denen die Guide-RNA (gRNA) eingefädelt ist:

REC-Lappen ("recognition lobe"): Er bildet den globulären und größeren Teil des Enzyms. Er umfasst eine Brückenhelix und die beiden Domänen REC1 und REC2. Gemeinsam fungieren sie als DNA-Bindestelle, die das Enzym im gewünschten Bereich fixiert.
NUC-Lappen ("nuclease lobe"): Er vermittelt eine doppelte Endonukleasen-Funktion und setzt sich aus 3 Domänen zusammen:
- PAM-interagierende Domäne: Sie erkennt das Protospacer Adjacent Motif (PAM-Triplett) der Fremd-DNA und initiiert dadurch die Enzymwirkung.
- HNH-Domäne. Sie spaltet den zur gRNA komplementären Zielstrang der DNA.
- RuvC-Domäne: Sie schneidet den gegenüberliegenden, d.h. zum Zielstrang komplementären Strang. Gemeinsam führen beide Nukleaseaktivitäten den "glatten" Doppelstrangbruch ein.

Das bisher kleinste Cas9-Gen wurde aus dem Bakterium Staphylococcus aureus isoliert und umfasst 3.159 bp.

Cas9

Einteilung

Die Cas-Proteinfamilie kann in drei Typen eingeteilt werden:

Typ I, II und IIIa binden und schneiden doppelsträngige DNA
Typ IIIb bindet und schneidet einzelsträngige RNA

Cas9 ist das Leitmolekül des Typ II.

Funktion

Für Bakterien bildet die Cas9 ein natürliches Abwehrsystem, welches z.B. beim Befall durch einen Bakteriophagen zum Einsatz kommt. Die virenähnliche Fremd-DNA wird dabei zerstört und der Phage kann sich nicht weiter vermehren.

Da die DNA des Bakteriums selbst keine PAM-Tripletts besitzt, ist sie vor einer Selbstzerstörung geschützt. Allerdings haben sich einige Bakteriophagen an diesen Abwehrmechanismus angepasst und bilden Anti-CRISPR-Proteine wie AcrF1 oder AcrF2, um den Prozess zu unterlaufen.

Biotechnologie

In der Biotechnik bildet die Cas9 den enzymatischen Teil des CRISPR/Cas-Systems. Damit die Cas9 aktiv werden kann, benötigt sie

ein PAM-Triplett
eine spezifische gRNA, in deren unmittelbarer Nähe die DNA-Sequenz geschnitten wird.

Die bakterielle gRNA besteht immer aus einem dimeren RNA-Komplex, der durch die Zusammenlagerung von crRNA und tracrRNA entsteht.

Im Rahmen der Gentechnologie kann auch eine künstliche Variation hergestellt werden, die dann als sgRNA (engl. single guided RNA] bezeichnet wird. Die sgRNA vereint beide Funktionen der crRNA und tracrRNA in nur einem Strang und imitiert dadurch die natürliche Wirkung der Sekundärstruktur. Da die Synthese des RNA-Komplexes entfällt, wirkt die sgRNA schneller, stellt jedoch auch eine deutlich aufwendigere und v. a. kostenintensivere Methode der Genom-Editierung dar.

Literatur

Yadav SK, Kumar V, Singh SP. Recent Trends and Techniques in Plant Metabolic Engineering, Springer, 2018

Bildquelle

saCas9 CC by Frankensteinper Model ID 3DPX-011815

@@ Zeile 1: / Zeile 1: @@
-{{Rohbau}}
 ''Synonyme: CRISPR-assoziiertes Protein 9, Cas5 (veraltet)'' <br>
-'''''Englisch''': Cas9, CRISPR-associated protein 9''
+'''''Englisch''': <name lang="en">Cas9</name>, CRISPR-associated protein 9''
 == Definition ==
 '''Cas9''' ist eine bakterielle [[Endonuklease]], die [[DNA]]-Stränge mit einem [[Doppelstrangbruch]] spaltet. Das Protein dient Bakterien zur Abwehr von [[Bakteriophage]]n.
-==Biochemie==
+==Struktur==
-Cas9 setzt sich aus zwei Lappen zusammen:
+Cas9 setzt sich aus zwei Lappen zusammen, zwischen denen die [[Guide-RNA]] (gRNA) eingefädelt ist:
-* REC-Lappen ("recognition lobe"): bildet den globulären und größeren Teil des Enzyms. Er umfasst eine [[Brückenhelix]] und die beiden Domänen [[REC1]] und [[REC2]]. Gemeinsam fungieren sie als DNA-Bindestelle, die das Enzym im gewünschten Bereich fixiert.
+* [[REC-Lappen]] ("recognition lobe"): Er bildet den globulären und größeren Teil des Enzyms. Er umfasst eine [[Brückenhelix]] und die beiden Domänen [[REC1]] und [[REC2]]. Gemeinsam fungieren sie als DNA-Bindestelle, die das Enzym im gewünschten Bereich fixiert.
-* NUC-Lappen ("nuclease lobe"): vermittelt eine doppelte Endonukleasen-Funktion und setzt sich aus 3 Domänen zusammen:
+* [[NUC-Lappen]] ("nuclease lobe"): Er vermittelt eine doppelte [[Endonuklease]]n-Funktion und setzt sich aus 3 [[Domäne]]n zusammen:
-**PAM-interagierende Domäne: erkennt das [[Protospacer Adjacent Motif]] (PAM-Triplett) der Fremd-DNA und initiiert dadurch die Enzymwirkung
+**PAM-interagierende Domäne: Sie erkennt das [[Protospacer Adjacent Motif]] (PAM-Triplett) der Fremd-DNA und initiiert dadurch die Enzymwirkung.
-** Die HNH-Domäne spaltet den (zur [[gRNA]] komplementären) Zielstrang der DNA.
+** [[HNH-Domäne]]. Sie spaltet den zur [[gRNA]] komplementären Zielstrang der DNA.
-** Die RuvC-Domäne schneidet den gegenüberliegenden (zum Zielstrang komplementären) Strang.
+** [[RuvC-Domäne]]: Sie schneidet den gegenüberliegenden, d.h. zum Zielstrang komplementären Strang. Gemeinsam führen beide Nukleaseaktivitäten den "glatten" Doppelstrangbruch ein.
-Gemeinsam führen beide Nukleaseaktivitäten den "glatten" Doppelstrangbruch ein.
+Das bisher kleinste Cas9-[[Gen]] wurde aus dem Bakterium [[Staphylococcus aureus]] isoliert und umfasst 3.159 [[Basenpaar|bp]].
+<dcembed><dcembedurlskatchfab src="https://sketchfab.com/3d-models/37e2ef830a844f8483ff5a7bc72ef45b" ui_controls="1"></dcembedurlskatchfab></dcembed>
+''Cas9''
-Das bisher kleinste Cas9-[[Gen]] wurde aus dem Bakterium ''[[Staphylococcus aureus]]'' isoliert und umfasst 3.159 [[Basenpaar|bp]].
+==Einteilung==
+Die Cas-Proteinfamilie kann in drei Typen eingeteilt werden:
+* Typ I, II und IIIa binden und schneiden doppelsträngige DNA
+* Typ IIIb bindet und schneidet einzelsträngige RNA
+Cas9 ist das Leitmolekül des Typ II.
 ==Funktion==
 Für Bakterien bildet die Cas9 ein natürliches Abwehrsystem, welches z.B. beim Befall durch einen [[Bakteriophage]]n zum Einsatz kommt. Die virenähnliche Fremd-DNA wird dabei zerstört und der Phage kann sich nicht weiter vermehren.
-Da die DNA des Bakteriums selbst keine PAM-Tripletts besitzt, ist sie vor einer Selbstzerstörung geschützt. Allerdings haben sich einige Bakteriophagen an diesen Abwehrmechanismus angepasst und bilden [[Anti-CRISPR-Protein]]e wie [[AcrF1]] oder [[AcrF2]].
+Da die DNA des Bakteriums selbst keine PAM-Tripletts besitzt, ist sie vor einer Selbstzerstörung geschützt. Allerdings haben sich einige Bakteriophagen an diesen Abwehrmechanismus angepasst und bilden [[Anti-CRISPR-Protein]]e wie [[AcrF1]] oder [[AcrF2]], um den Prozess zu unterlaufen.
-==Anwendung==
-In der Biotechnik bildet die Cas9 den enzymatischen Teil des [[CRISPR/Cas-System]]s.
-== Funktion ==
+==Biotechnologie==
-Damit die Cas9 aktiv werden kann, benötigt sie
+In der Biotechnik bildet die Cas9 den enzymatischen Teil des [[CRISPR/Cas-System]]s. Damit die Cas9 aktiv werden kann, benötigt sie
 * ein [[PAM]]-Triplett
-* eine spezifische [[gRNA]], in deren unmittelbarer Nähe die DNA-Sequenz geschnitten wird.
+* eine spezifische gRNA, in deren unmittelbarer Nähe die DNA-Sequenz geschnitten wird.
+Die bakterielle gRNA besteht immer aus einem [[dimer]]en RNA-Komplex, der durch die Zusammenlagerung von [[crRNA]] und [[tracrRNA]] entsteht.
-Die bakterielle gRNA (engl. to guide - leiten) besteht immer aus einem dimeren RNA-Komplex, der durch die Zusammenlagerung von [[crRNA]] und [[tracrRNA]] entsteht.
+Im Rahmen der Gentechnologie kann auch eine künstliche Variation hergestellt werden, die dann als [[sgRNA]] (engl. single guided RNA] bezeichnet wird. Die sgRNA vereint beide Funktionen der crRNA und tracrRNA in nur einem Strang und imitiert dadurch die natürliche Wirkung der [[Sekundärstruktur]]. Da die Synthese des RNA-Komplexes entfällt, wirkt die sgRNA schneller, stellt jedoch auch eine deutlich aufwendigere und v. a. kostenintensivere Methode der [[Genom-Editierung]] dar.
-Im Rahmen der Gentechnologie kann auch eine künstliche Variation hergestellt werden, die dann als [[sgRNA]] (engl. single guided RNA] bezeichnet wird.<br />
-Die sgRNA vereint beide Funktionen der crRNA und tracrRNA in nur einem Strang und imitiert dadurch die natürliche Wirkung der [[Sekundärstruktur]]. Da die Synthese des RNA-Komplexes entfällt, wirkt die sgRNA schneller, stellt jedoch auch eine deutlich aufwendigere und v. a. kostenintensivere Methode der [[Genom-Editierung]] dar.
 == Literatur ==
 * Yadav SK, Kumar V, Singh SP. Recent Trends and Techniques in Plant Metabolic Engineering, Springer, 2018
+==Bildquelle==
+* [https://3dprint.nih.gov/discover/3DPX-011815 saCas9] CC by Frankensteinper Model ID 3DPX-011815
 [[Fachgebiet:Biochemie]]
 [[Fachgebiet:Gentechnik]]
 [[Tag:CRISPR/Cas-System]]
 [[Tag:Cas9]]