RU2848334C2 - Real-time endonuclease activity assay associated with exonuclease - Google Patents
Real-time endonuclease activity assay associated with exonucleaseInfo
- Publication number
- RU2848334C2 RU2848334C2 RU2024108856A RU2024108856A RU2848334C2 RU 2848334 C2 RU2848334 C2 RU 2848334C2 RU 2024108856 A RU2024108856 A RU 2024108856A RU 2024108856 A RU2024108856 A RU 2024108856A RU 2848334 C2 RU2848334 C2 RU 2848334C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- endonuclease
- exonuclease
- nucleic acid
- substrate
- rnase
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Перекрестная ссылки на родственные заявкиCross-references to related applications
[001] В настоящей заявке испрашивается приоритет предварительной заявки США с регистрационным номером 63/272091, поданной 26 октября 2021 г.[001] This application claims the benefit of U.S. Provisional Application Serial No. 63/272,091, filed October 26, 2021.
Область изобретенияField of invention
[002] Настоящее изобретение относится к области ферментов, модифицирующих нуклеиновые кислоты, а более конкретно к области получения и тестирования активных эндонуклеаз.[002] The present invention relates to the field of nucleic acid modifying enzymes and, more particularly, to the field of producing and testing active endonucleases.
Заявление о федерально спонсируемых исследованияхFederally Sponsored Research Statement
[003] Отсутствует.[003] Absent.
Список последовательностейList of sequences
[004] Отмечен специальным значком.[004] Marked with a special icon.
Предпосылки создания изобретенияPrerequisites for the creation of the invention
[005] Эндонуклеазы представляют собой ферменты, широко используемые в лабораторной практике и в области молекулярной диагностики. Процесс конструирования и выделения новых и улучшенных эндонуклеаз требует разработки быстрых и удобных методов оценки эндонуклеазной активности. Наиболее широко используемые анализы на эндонуклеазу являются очень сложными и имеют низкую эффективность. Кроме того, обычно используемые методы не являются количественными. Пока еще не существует общепринятых способов оценки различий в активности между различными источниками, вариантами или партиями эндонуклеаз. Точно так же не существует простых и быстрых способов оценки различных мишеней, позволяющих точно определить специфичность эндонуклеазы.[005] Endonucleases are enzymes widely used in laboratory practice and in the field of molecular diagnostics. The process of designing and isolating new and improved endonucleases requires the development of rapid and convenient methods for assessing endonuclease activity. The most widely used endonuclease assays are very complex and have low efficiency. Furthermore, the commonly used methods are not quantitative. There are currently no generally accepted methods for assessing differences in activity between different sources, variants, or lots of endonucleases. Similarly, there are no simple and rapid methods for assessing different targets that allow for accurate determination of endonuclease specificity.
[006] Многие современные анализы на эндонуклеазу непригодны для их использования в неочищенных клеточных лизатах или частично очищенных белковых препаратах, поскольку нуклеазы хозяина быстро разрушают ДНК-мишень. Существует неудовлетворенная потребность в быстром анализе на эндонуклеазу, который можно было бы проводить с неочищенными лизатами и полуочищенными элюированными фракциями на ранних стадиях процесса очистки. Такой анализ поможет улучшить очистку и производство ферментов, а также ускорить общий процесс конструирования ферментов.[006] Many current endonuclease assays are unsuitable for use with crude cell lysates or partially purified protein preparations because host nucleases rapidly degrade the target DNA. There is an unmet need for a rapid endonuclease assay that could be performed on crude lysates and semi-purified eluted fractions early in the purification process. Such an assay would improve enzyme purification and production, as well as accelerate the overall enzyme design process.
Описание сущности изобретенияDescription of the essence of the invention
[007] Настоящее изобретение относится к способам, композициям и наборам для оценки эндонуклеазной активности. В настоящем изобретении используется двухцепочечный субстрат нуклеиновой кислоты с защищенным концом, меченный репортерным флуорофором и флуорофором-гасителем. Экзонуклеаза гидролизует субстрат и обеспечивает возникновение флуоресценции только после того, как эндонуклеаза будет расщеплять субстрат.[007] The present invention relates to methods, compositions, and kits for assessing endonuclease activity. The present invention utilizes a double-stranded nucleic acid substrate with a protected end labeled with a reporter fluorophore and a quencher fluorophore. An exonuclease hydrolyzes the substrate and provides fluorescence only after the endonuclease has cleaved the substrate.
[006] В одном своем варианте, настоящее изобретение относится к субстрату нуклеиновой кислоты для обнаружения активности эндонуклеазы, содержащему: донорный флуорофор и акцепторный флуорофор, где указанные флуорофоры образуют пару для переноса резонансной энергии флуоресценции (FRET); по меньшей мере одну структуру по меньшей мере на одной цепи нуклеиновой кислоты, ингибирующую расщепление субстрата экзонуклеазой; и последовательность распознавания эндонуклеазы. Структура, ингибирующая расщепление субстрата экзонуклеазой, выбрана из структуры на каждом 3'-конце, ингибирующей расщепление 3'-5'-экзонуклеазой, структуры на каждом 5'-конце, ингибирующей расщепление 5'-3'-экзонуклеазой, или той и другой. Экзонуклеаза выбрана из экзонуклеазы I, экзонуклеазы III, экзонуклеазы V, экзонуклеазы VII, экзонуклеазы VIII, экзонуклеазы Т5, экзонуклеазы Т7, экзонуклеазы лямбда, экзонуклеазы Т, экзонуклеазы BAL-31, экзонуклеазы RecJf, РНКазы R, РНКазы II, РНКазы D, РНКазы Т, РНКазв BN, РНКазы РН, экзорибонуклеазы I и экзорибонуклеазы II. В некоторых вариантах осуществления изобретения, акцепторный флуорофор представляет собой флуорофор-гаситель. Донорный флуорофор и акцепторный флуорофор могут быть расположены на расстоянии от 1 до 12 нуклеотидов друг от друга на одной и той же цепи субстрата или на разных цепях субстрата. В некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат образован одной цепью. В некоторых вариантах осуществления изобретения, один из флуорофоров-доноров и флуорофоров-акцепторов расположен на 5'-конце субстрата или рядом с ним. В некоторых вариантах осуществления изобретения, донорный флуорофор выбран из группы, состоящей из 5-карбоксифлуоресцеина (5-FAM), 6-карбоксифлуоресцеина (6-FAM), 2',4',1,4,-тетрахлорфлуоресцеина (ТЕТ), 2',4',5',7',1,4-гексахлорфлуоресцеина (HEX), 2',7'-диметокси-4',5'-дихлор-6-карбоксифлуоресцеина (JOE), кумариновых красителей, красителей Alexa Fluor, IRDye 800CW, каскадного синего, красителей Pacific Blue, Pacific Orange, техасского красного и BODIPY®. В некоторых вариантах осуществления изобретения, акцепторный флуорофор выбран из группы, состоящей из тетраметил-6-карбоксиродамина (TAMRA), тетрапропано-6-карбоксирродамина (ROX), DABSYL, DABCYL (4-[[4-(диметиламино)-фенил]-азо]-бензойной кислоты), Су5 и Су5.5, антрахиноновых красителей, нитротиазольных красителей, нитроимидазольных красителей, LC-Red 610, LC-Red 640, LC-Red 705, JA286, DDQ-I, DDQ-II, QSY-7, QSY-21, IRDye QC1, Iowa Black FQ, Iowa Black RQ, HEX (гексахлорфлуоресцеина), TET (тетрахлорфлуоресцеина), JOE (5'-дихлордиметоксифлуоресцеина), красителей BODIPY®, гасителя Eclipse (4- [[2-хлор-4-нитро-фенил]-азо]анилина, BHQ-1 ([(4-(2-нитро-4-метил-фенил)азо)-ил-((2-метокси-5-метил-фенил)азо)]анилина), BHQ-2 ([(4-(1-нитрофенил)-азо)-ил-((2,5-диметокси-фенил)азо)]анилина) и пиридинил-изохинолин-дионовых красителей. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой никазу. В некоторых вариантах осуществления изобретения, экзонуклеаза выбрана из экзонуклеазы III, экзонуклеазы Т5, экзонуклеазы Т7, экзонуклеазы лямбда и экзонуклеазы BAL31. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой, например, эндонуклеазу CRISPR класса I (CASCADE). В некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ). В некоторых вариантах осуществления изобретения, РАМ состоит из последовательности, выбранной из 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3' и 5'-TTG-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновыми кислотами, представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса II. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR Cas9. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR Cas12a. В некоторых вариантах осуществления изобретения, РАМ состоит из последовательности, выбранной из 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3' и 5'-NNNACA-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, РАМ состоит из последовательности, выбранной из 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' и 5'-TTTV-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, включает эндонуклеазу и нуклеиновую кислоту, нацеленную на другую нуклеиновую кислоту (NATNA), например, руководяющую РНК CRISPR, выбранную из одноцепочечной руководяющей молекулы и двухцепочечной руководяющей молекулы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит cr-РНК и tracr-PHK. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит область нацеливания, способную гибридизоваться с областью субстрата. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA способна взаимодействовать с эндонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит нуклеотиды ДНК и РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза выбрана из группы, состоящей из нуклеазы «цинковые пальцы» (ZFN), ZFN, конъюгированной с Fok I, эффекторной нуклеазы, подобной активатору транскрипции (TALEN), одноцепочечной эндонуклеазы Endo ТТ, эндонуклеазы Argonaute, эндонуклеазы Arcus, эндорибонуклеазы, выбранной из РНКазы III, РНКазы А, РНКазы Т1, РНКазы А, РНКазы Н, РНКазы Z и РНКазы Р, Cas3 и Cas7-11, и рестриктирующей эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, структура, ингибирующая расщепление субстрата экзонуклеазой, выбрана из шпильки, выступающей цепи и модификации нуклеиновой кислоты, например, одной или более (5 или более) фосфортиоатных связей. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой дезоксирибонуклеазу, а субстрат содержит ДНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой рибонуклеазу, а субстрат содержит РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, рибонуклеаза выбрана из рибозима, рибозима типа «головки молотка», ДНК-зима, ПНА-зима или сконструированной эндорибонуклеазы.[006] In one embodiment, the present invention relates to a nucleic acid substrate for detecting endonuclease activity, comprising: a donor fluorophore and an acceptor fluorophore, wherein the fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair; at least one structure on at least one strand of the nucleic acid that inhibits cleavage of the substrate by an exonuclease; and an endonuclease recognition sequence. The structure that inhibits cleavage of the substrate by an exonuclease is selected from a structure at each 3' end that inhibits cleavage by a 3'-5' exonuclease, a structure at each 5' end that inhibits cleavage by a 5'-3' exonuclease, or both. The exonuclease is selected from exonuclease I, exonuclease III, exonuclease V, exonuclease VII, exonuclease VIII, T5 exonuclease, T7 exonuclease, lambda exonuclease, T exonuclease, BAL-31 exonuclease, RecJf exonuclease, RNase R, RNase II, RNase D, RNase T, RNase BN, RNase PH, exoribonuclease I, and exoribonuclease II. In some embodiments, the acceptor fluorophore is a quencher fluorophore. The donor fluorophore and the acceptor fluorophore can be located at a distance of 1 to 12 nucleotides from each other on the same strand of the substrate or on different strands of the substrate. In some embodiments, the substrate is formed by a single strand. In some embodiments, one of the donor fluorophores and the acceptor fluorophores is located at or near the 5' end of the substrate. In some embodiments, the donor fluorophore is selected from the group consisting of 5-carboxyfluorescein (5-FAM), 6-carboxyfluorescein (6-FAM), 2',4',1,4,-tetrachlorofluorescein (TET), 2',4',5',7',1,4-hexachlorofluorescein (HEX), 2',7'-dimethoxy-4',5'-dichloro-6-carboxyfluorescein (JOE), coumarin dyes, Alexa Fluor dyes, IRDye 800CW, Cascade Blue, Pacific Blue dyes, Pacific Orange dyes, Texas Red dyes, and BODIPY®. In some embodiments, the acceptor fluorophore is selected from the group consisting of tetramethyl-6-carboxyrrhodamine (TAMRA), tetrapropano-6-carboxyrrhodamine (ROX), DABSYL, DABCYL (4-[[4-(dimethylamino)-phenyl]-azo]-benzoic acid), Cy5 and Cy5.5, anthraquinone dyes, nitrothiazole dyes, nitroimidazole dyes, LC-Red 610, LC-Red 640, LC-Red 705, JA286, DDQ-I, DDQ-II, QSY-7, QSY-21, IRDye QC1, Iowa Black FQ, Iowa Black RQ, HEX (hexachlorofluorescein), TET (tetrachlorofluorescein), JOE (5'-dichlorodimethoxyfluorescein), BODIPY® dyes, Eclipse quencher (4-[[2-chloro-4-nitro-phenyl]-azo]aniline, BHQ-1 ([(4-(2-nitro-4-methyl-phenyl)azo)-yl-((2-methoxy-5-methyl-phenyl)azo)]aniline), BHQ-2 ([(4-(1-nitrophenyl)-azo)-yl-((2,5-dimethoxy-phenyl)azo)]aniline), and pyridinyl-isoquinoline-dione dyes. In some embodiments, the endonuclease is nickase. In some embodiments, the exonuclease is selected from exonuclease III, T5 exonuclease, T7 exonuclease, lambda exonuclease, and BAL31 exonuclease. In some embodiments, the endonuclease is a regulated endonuclease nucleic acid, such as a class I CRISPR endonuclease (CASCADE). In some embodiments, the substrate comprises a protospacer adjacent motif (PAM). In some embodiments, the PAM consists of a sequence selected from 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3', and 5'-TTG-3'. In some embodiments, the nucleic acid-regulated endonuclease is a class II CRISPR endonuclease. In some embodiments, the endonuclease is CRISPR Cas9 endonuclease. In some embodiments, the endonuclease is CRISPR Cas12a endonuclease. In some embodiments, the PAM consists of a sequence selected from 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', and 5'-NNNACA-3'. In some embodiments, the PAM consists of a sequence selected from 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3', and 5'-TTTV-3'. In some embodiments, the nucleic acid-regulated endonuclease comprises an endonuclease and a nucleic acid that targets another nucleic acid (NATNA), such as a CRISPR guide RNA selected from a single-stranded guide molecule and a double-stranded guide molecule. In some embodiments, NATNA comprises crRNA and tracrRNA. In some embodiments, NATNA comprises a targeting region capable of hybridizing to a region of a substrate. In some embodiments, NATNA is capable of interacting with an endonuclease. In some embodiments, NATNA comprises DNA and RNA nucleotides. In some embodiments, the endonuclease is selected from the group consisting of zinc finger nuclease (ZFN), Fok I-conjugated ZFN, transcription activator-like effector nuclease (TALEN), Endo TT single-stranded endonuclease, Argonaute endonuclease, Arcus endonuclease, an endoribonuclease selected from RNase III, RNase A, RNase T1, RNase A, RNase H, RNase Z and RNase P, Cas3 and Cas7-11, and a restriction endonuclease. In some In some embodiments, the structure that inhibits cleavage of the substrate by the exonuclease is selected from a hairpin, a protruding strand, and a nucleic acid modification, such as one or more (5 or more) phosphorothioate linkages. In some embodiments, the endonuclease is a deoxyribonuclease and the substrate comprises DNA. In some embodiments, the endonuclease is a ribonuclease and the substrate comprises RNA. In some embodiments, the ribonuclease is selected from a ribozyme, a hammerhead ribozyme, a DNAzyme, a PNAzyme, or an engineered endoribonuclease.
[009] В одном своем варианте, настоящее изобретение относится к композиции для обнаружения активности эндонуклеазы, содержащей описанный выше субстрат нуклеиновой кислоты и экзонуклеазу и, необязательно, эндонуклеазу. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой никазу. В некоторых вариантах осуществления изобретения, экзонуклеаза выбрана из экзонуклеазы III, экзонуклеазы Т5, экзонуклеазы Т7, экзонуклеазы лямбда и экзонуклеазы BAL31. В некоторых вариантах осуществления изобретения, экзонуклеаза способна инициировать гидролиз одноцепочесного разрыва. В некоторых вариантах осуществления изобретения, экзонуклеаза выбрана из экзонуклеазы Т5, экзонуклеазы Т7, экзонуклеазы лямбда, экзонуклеазы III и экзонуклеазы Ва131. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса I (CASCADE), а субстрат содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3' и 5'-TTG-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, представляет собой эндонуклеазу CRISPR Cas9 или эндонуклеазу CRISPR Cas12a, а субстрат содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' и 5'-TTTV-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, включает эндонуклеазу и нуклеиновую кислоту, нацеленную на другую нуклеиновую кислоту (NATNA), например, руководяющую РНК CRISPR, выбранную из одноцепочечной руководяющей молекулы и двухцепочечной руководяющей молекулы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит сг-РНК и tracr-PHK. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит область нацеливания, способную гибридизоваться с областью субстрата. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA способна взаимодействовать с эндонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит нуклеотиды ДНК и РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза выбрана из группы, состоящей из нуклеазы «цинковые пальцы» (ZFN), ZFN, конъюгированной с Fok I, эффекторной нуклеазы, подобной активатору транскрипции (TALEN), одноцепочечной эндонуклеазы Endo ТТ, эндонуклеазы Argonaute, эндонуклеазы Arcus, эндорибонуклеазы, выбранной из РНКазы III, РНКазы А, РНКазы Т1, РНКазы А, РНКазы Н, РНКазы Z и РНКазы Р, Cas3 и Cas7-11, и рестриктирующей эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, структура, ингибирующая расщепление субстрата экзонуклеазой, выбрана из шпильки, выступающей цепи и модификации нуклеиновой кислоты, например, одной или более (5 или более) фосфортиоатных связей.[009] In one embodiment, the present invention relates to a composition for detecting endonuclease activity, comprising a nucleic acid substrate as described above and an exonuclease and, optionally, an endonuclease. In some embodiments, the endonuclease is a nickase. In some embodiments, the exonuclease is selected from exonuclease III, T5 exonuclease, T7 exonuclease, lambda exonuclease, and BAL31 exonuclease. In some embodiments, the exonuclease is capable of initiating single-strand break hydrolysis. In some embodiments, the exonuclease is selected from T5 exonuclease, T7 exonuclease, lambda exonuclease, exonuclease III, and Bal31 exonuclease. In some embodiments, the endonuclease is a nucleic acid-regulated endonuclease. In some embodiments, the nucleic acid-regulated endonuclease is a class I CRISPR endonuclease (CASCADE), and the substrate comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3', and 5'-TTG-3'. In some embodiments of the invention, the nucleic acid-regulated endonuclease is a CRISPR Cas9 endonuclease or a CRISPR Cas12a endonuclease, and the substrate comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' and 5'-TTTV-3'. In some embodiments, a nucleic acid-regulated endonuclease comprises an endonuclease and a nucleic acid targeting another nucleic acid (NATNA), such as a CRISPR guide RNA selected from a single-stranded guide molecule and a double-stranded guide molecule. In some embodiments, NATNA comprises crRNA and tracrRNA. In some embodiments, NATNA comprises a targeting region capable of hybridizing to a substrate region. In some embodiments, NATNA is capable of interacting with an endonuclease. In some embodiments, NATNA comprises DNA and RNA nucleotides. In some embodiments, the endonuclease is selected from the group consisting of a zinc finger nuclease (ZFN), a Fok I-conjugated ZFN, a transcription activator-like effector nuclease (TALEN), an Endo TT single-stranded endonuclease, an Argonaute endonuclease, an Arcus endonuclease, an endoribonuclease selected from RNase III, RNase A, RNase T1, RNase A, RNase H, RNase Z, and RNase P, Cas3, and Cas7-11, and a restriction endonuclease. In some embodiments, the structure that inhibits cleavage of the substrate by the exonuclease is selected from a hairpin, an overhang, and a nucleic acid modification, such as one or more (5 or more) phosphorothioate linkages.
[0010] В одном своем варианте, настоящее изобретение относится к способу обнаружения активности эндонуклеазы, включающему: контактирование эндонуклеазы и экзонуклеазы с реакционной смесью и с субстратом нуклеиновой кислоты, включающим донорный флуорофор и акцепторный флуорофор, где указанные флуорофоры образуют пару для переноса резонансной энергии флуоресценции (FRET); по меньшей мере одну структуру по меньшей мере на одной цепи, ингибирующую расщепление субстрата экзонуклеазой; и последовательность распознавания эндонуклеазы; и оценку флуоресценции, испускаемой реакционной смесью, где изменение флуоресценции указывает на активность эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере одна структура, ингибирующая расщепление субстрата экзонуклеазой, выбрана из структуры на каждом 3'-конце, ингибирующей расщепление 3'-5'-экзонуклеазой, структуры на каждом 5'-конце, ингибирующей расщепление 5'-3'-экзонуклеазой или обеих этих структур. В некоторых вариантах осуществления изобретения, экзонуклеаза выбрана из экзонуклеазы I, экзонуклеазы III, экзонуклеазы V, экзонуклеазы VII, экзонуклеазы VIII, экзонуклеазы Т5, экзонуклеазы Т7, лямбда-экзонуклеазы, экзонуклеазы Т, экзонуклеазы BAL-31, экзонуклеазы RecJf, РНКазы R, РНКазы II, РНКазы D, РНКазы Т, РНКазы BN, РНКазы РН, экзорибонуклеазы I и экзорибонуклеазы II. В некоторых вариантах осуществления изобретения, реакционную смесь одновременно подвергают контактированию с эндонуклеазой и экзонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, реакционную смесь сначала подвергают контактированию с эндонуклеазой, а затем с экзонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, между контактированием реакционной смеси с эндонуклеазой и контактированием реакционной смеси с экзонуклеазой, стадии очистки не проводят.В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса I (CASCADE), а субстрат содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-ТАА-3', 5'-TGG-3', 5'-ААА-3', 5'-ААС-3', 5'-ААТ-3', 5'-АТА-3', 5'-TAG-3' и 5'-TTG-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, представляет собой эндонуклеазу CRISPR Cas9 или эндонуклеазу CRISPR Cas12a, а субстрат содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-NGG-3', 5'-NGGNG- 3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' и 5'-TTTV-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, включает эндонуклеазу и нуклеиновую кислоту, нацеленную на другую нуклеиновую кислоту (NATNA), например, руководящую РНК CRISPR, выбранную из одноцепочечной РНК и двухцепочечной руководящей РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит cr-РНК и tracr-PHK. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит область нацеливания, способную гибридизоваться с областью субстрата. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA способна взаимодействовать с эндонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит нуклеотиды ДНК и РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, контактирование включает контактирование серии реакционных смесей, содержащих одну и ту же NATNA, с серией различных эндонуклеаз. В некоторых вариантах осуществления изобретения, контактирование включает контактирование серии реакционных смесей, содержащих одну и ту же эндонуклеазу, с серией различных NATNA. В некоторых вариантах осуществления изобретения, контактирование включает контактирование серии реакционных смесей, содержащих одни и те же ингредиенты, в различных реакционных условиях. В некоторых вариантах осуществления изобретения, контактирование включает контактирование серии реакционных смесей, содержащих одни и те же ингредиенты, с различными изолятами эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, контактирование включает контактирование серии реакционных смесей, содержащих одну и ту же эндонуклеазу, с серией различных субстратов нуклеиновых кислот, содержащих разные последовательности. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза выбрана из группы, состоящей из нуклеазы «цинковые пальцы» (ZFN), ZFN, конъюгированной с Fok I, эффекторной нуклеазы, подобной активатору транскрипции (TALEN), одноцепочечной эндонуклеазы Endo ТТ, эндонуклеазы Argonaute, эндонуклеазы Arcus, эндорибонуклеазы, выбранной из РНКазы III, РНКазы А, РНКазы Т1, РНКазы А, РНКазы Н, РНКазы Z и РНКазы Р, Cas3 и Cas7-11, а также рестриктирующей эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, структура, ингибирующая расщепление субстрата экзонуклеазой, выбрана из шпильки, выступающей цепи и модификации нуклеиновой кислоты, например, одной или более (5 или более) фосфоротиоатных связей. В некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат нуклеиновой кислоты или эндонуклеаза присутствуют в неочищенной форме.[0010] In one embodiment, the present invention relates to a method for detecting endonuclease activity, comprising: contacting an endonuclease and an exonuclease with a reaction mixture and with a nucleic acid substrate comprising a donor fluorophore and an acceptor fluorophore, wherein the fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair; at least one structure on at least one strand that inhibits cleavage of the substrate by the exonuclease; and an endonuclease recognition sequence; and evaluating fluorescence emitted by the reaction mixture, wherein a change in fluorescence indicates endonuclease activity. In some embodiments, the at least one structure that inhibits cleavage of the substrate by an exonuclease is selected from a structure at each 3' end that inhibits cleavage by a 3'-5' exonuclease, a structure at each 5' end that inhibits cleavage by a 5'-3' exonuclease, or both of these structures. In some embodiments, the exonuclease is selected from exonuclease I, exonuclease III, exonuclease V, exonuclease VII, exonuclease VIII, T5 exonuclease, T7 exonuclease, lambda exonuclease, exonuclease T, BAL-31 exonuclease, RecJf exonuclease, RNase R, RNase II, RNase D, RNase T, RNase BN, RNase PH, exoribonuclease I, and exoribonuclease II. In some embodiments, the reaction mixture is simultaneously contacted with the endonuclease and the exonuclease. In some embodiments, the reaction mixture is first contacted with an endonuclease and then with an exonuclease. In some embodiments, no purification step is performed between contacting the reaction mixture with the endonuclease and contacting the reaction mixture with the exonuclease. In some embodiments, the endonuclease is a nucleic acid-regulated endonuclease. In some embodiments, the nucleic acid-regulated endonuclease is a class I CRISPR endonuclease (CASCADE), and the substrate comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3', and 5'-TTG-3'. In some embodiments of the invention, the nucleic acid-regulated endonuclease is a CRISPR Cas9 endonuclease or a CRISPR Cas12a endonuclease, and the substrate comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' and 5'-TTTV-3'. In some embodiments, a nucleic acid-regulated endonuclease comprises an endonuclease and a nucleic acid targeting another nucleic acid (NATNA), such as a CRISPR guide RNA selected from single-stranded RNA and double-stranded guide RNA. In some embodiments, NATNA comprises crRNA and tracrRNA. In some embodiments, NATNA comprises a targeting region capable of hybridizing to a substrate region. In some embodiments, NATNA is capable of interacting with an endonuclease. In some embodiments, NATNA comprises DNA and RNA nucleotides. In some embodiments, contacting comprises contacting a series of reaction mixtures containing the same NATNA with a series of different endonucleases. In some embodiments, contacting comprises contacting a series of reaction mixtures containing the same endonuclease with a series of different NATNAs. In some embodiments, contacting comprises contacting a series of reaction mixtures containing the same ingredients under different reaction conditions. In some embodiments, contacting comprises contacting a series of reaction mixtures containing the same ingredients with different endonuclease isolates. In some embodiments, contacting comprises contacting a series of reaction mixtures containing the same endonuclease with a series of different nucleic acid substrates containing different sequences. In some embodiments, the endonuclease is selected from the group consisting of a zinc finger nuclease (ZFN), Fok I-conjugated ZFN, a transcription activator-like effector nuclease (TALEN), Endo TT single-stranded endonuclease, Argonaute endonuclease, Arcus endonuclease, an endoribonuclease selected from RNase III, RNase A, RNase T1, RNase A, RNase H, RNase Z and RNase P, Cas3 and Cas7-11, and a restriction endonuclease. In some embodiments, the structure that inhibits cleavage of the substrate by the exonuclease is selected from a hairpin, an overhang and a nucleic acid modification, such as one or more (5 or more) phosphorothioate linkages. In some embodiments, the nucleic acid substrate or endonuclease is present in an unpurified form.
[0011] В одном своем варианте, настоящее изобретение относится к набору для обнаружения активности эндонуклеазы, включающему: субстрат нуклеиновой кислоты, содержащий донорный флуорофор и акцепторный флуорофор, где указанные флуорофоры образуют пару для переноса резонансной энергии флуоресценции (FRET); по меньшей мере одну структуру по меньшей мере на одной цепи, ингибирующую расщепление субстрата экзонуклеазой; последовательность распознавания эндонуклеазы и экзонуклеазу. В некоторых вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере одна структура, ингибирующая расщепление субстрата экзонуклеазой, выбрана из структуры на каждом 3'-конце, ингибирующей расщепление 3'-5'-экзонуклеазой, структуры на каждом 5'-конце, ингибирующей расщепление 5'-3'-экзонуклеазой или обеих этих структур. В некоторых вариантах осуществления изобретения, экзонуклеаза выбрана из экзонуклеазы I, экзонуклеазы III, экзонуклеазы V, экзонуклеазы VII, экзонуклеазы VIII, экзонуклеазы Т5, экзонуклеазы Т7, лямбда-экзонуклеазы, экзонуклеазы Т, экзонуклеазы BAL-31, экзонуклеазы RecJf, РНКазы R, РНКазы II, РНКазы D, РНКазы Т, РНКазы BN, РНКазы РН, экзорибонуклеазы I и экзорибонуклеазы II. В некоторых вариантах осуществления изобретения, тестируемой эндонуклеазой является эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса I (CASCADE), а субстрат содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3 ', 5'-AAA-3 ', 5'-AAC-3 ', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3' и 5'-TTG-3 '. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, представляет собой эндонуклеазу CRISPR Cas9 или эндонуклеазу CRISPR Cas12a, а субстрат содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-NGG-3', 5'-NGGNG- 3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' и 5'-TTTV-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, набор дополнительно включает нуклеиновую кислоту, нацеленную на другую нуклеиновую кислоту (NATNA), и способную образовывать комплекс с тестируемой эндонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA представляет собой руководящую РНК CRISPR, выбранную из одноцепочечной руководящей РНК и двухцепочечной руководящей РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит сг-РНК и tracr-PHK. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит область нацеливания, способную гибридизоваться с областью субстрата. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA способна взаимодействовать с эндонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит нуклеотиды ДНК и РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза выбрана из группы, состоящей из нуклеазы «цинковые пальцы» (ZFN), ZFN, конъюгированной с Fok I, эффекторной нуклеазы, подобной активатору транскрипции (TALEN), одноцепочечной эндонуклеазы Endo ТТ, эндонуклеазы Argonaute, эндонуклеазы Arcus, эндорибонуклеазы, выбранной из РНКазы III, РНКазы А, РНКазы Т1, РНКазы А, РНКазы Н, РНКазы Z и РНКазы Р, Cas3 и Cas7-11, а также рестриктирующей эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, структура, ингибирующая расщепление субстрата экзонуклеазой, выбрана из шпильки, выступающей цепи и модификации нуклеиновой кислоты, например, одной или более (5 или более) фосфортиоатных связей.[0011] In one embodiment, the present invention relates to a kit for detecting endonuclease activity, comprising: a nucleic acid substrate comprising a donor fluorophore and an acceptor fluorophore, wherein the fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair; at least one structure on at least one strand that inhibits cleavage of the substrate by an exonuclease; an endonuclease recognition sequence; and an exonuclease. In some embodiments, the at least one structure that inhibits cleavage of the substrate by an exonuclease is selected from a structure at each 3' end that inhibits cleavage by a 3'-5' exonuclease, a structure at each 5' end that inhibits cleavage by a 5'-3' exonuclease, or both of these structures. In some embodiments, the exonuclease is selected from exonuclease I, exonuclease III, exonuclease V, exonuclease VII, exonuclease VIII, T5 exonuclease, T7 exonuclease, lambda exonuclease, exonuclease T, BAL-31 exonuclease, RecJf exonuclease, RNase R, RNase II, RNase D, RNase T, RNase BN, RNase PH, exoribonuclease I, and exoribonuclease II. In some embodiments, the endonuclease being tested is a nucleic acid-regulated endonuclease. In some embodiments, the nucleic acid-regulated endonuclease is a class I CRISPR endonuclease (CASCADE), and the substrate comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3 ', 5'-AAA-3 ', 5'-AAC-3 ', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3', and 5'-TTG-3 '. In some embodiments, the nucleic acid-regulated endonuclease is a CRISPR Cas9 endonuclease or a CRISPR Cas12a endonuclease, and the substrate comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3', and 5'-TTTV-3'. In some embodiments, the kit further comprises a nucleic acid that targets another nucleic acid (NATNA) and is capable of forming a complex with the test endonuclease. In some embodiments, NATNA is a CRISPR guide RNA selected from a single-stranded guide RNA and a double-stranded guide RNA. In some embodiments, NATNA comprises crRNA and tracrRNA. In some embodiments, NATNA comprises a targeting region capable of hybridizing to a substrate region. In some embodiments, NATNA is capable of interacting with an endonuclease. In some embodiments, NATNA comprises DNA and RNA nucleotides. In some embodiments, the endonuclease is selected from the group consisting of a zinc finger nuclease (ZFN), a Fok I-conjugated ZFN, a transcription activator-like effector nuclease (TALEN), an Endo TT single-stranded endonuclease, an Argonaute endonuclease, an Arcus endonuclease, an endoribonuclease selected from RNase III, RNase A, RNase T1, RNase A, RNase H, RNase Z, and RNase P, Cas3, and Cas7-11, and a restriction endonuclease. In some embodiments, the structure that inhibits cleavage of the substrate by the exonuclease is selected from a hairpin, an overhang, and a nucleic acid modification, such as one or more (5 or more) phosphorothioate linkages.
[0012] В одном своем варианте, настоящее изобретение относится к устройству для обнаружения активности эндонуклеазы с использованием субстрата по п. 1, содержащему: реакционную камеру для проведения ферментативных реакций и детектор флуоресценции.[0012] In one embodiment, the present invention relates to a device for detecting endonuclease activity using a substrate according to claim 1, comprising: a reaction chamber for carrying out enzymatic reactions and a fluorescence detector.
[0013] В одном своем варианте, настоящее изобретение относится к способу обнаружения присутствия нуклеиновой кислоты-мишени в образце, где указанный способ включает: контактирование образца с реакционной смесью, содержащей эндонуклеазу, экзонуклеазу и зонд нуклеиновой кислоты, способный гибридизоваться с нуклеиновой кислотой-мишенью, где указанный зонд содержит: донорный флуорофор и акцепторный флуорофор, и где указанные флуорофоры образуют пару для переноса резонансной энергии флуоресценции (FRET); по меньшей мере одну структуру, ингибирующую расщепление зонда экзонуклеазой; и последовательность распознавания эндонуклеазы, и оценку флуоресценции, испускаемой реакционной смесью, где изменение флуоресценции указывает на присутствие нуклеиновой кислоты-мишени в образце. В некоторых вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере одна структура, ингибирующая расщепление зонда экзонуклеазой, выбрана из структуры на каждом 3'-конце, ингибирующей расщепление 3'-5'-экзонуклеазой, структуры на каждом 5'-конце, ингибирующей расщепление 5'-3'-экзонуклеазой или обеих этих структур. В некоторых вариантах осуществления изобретения, экзонуклеаза выбрана из экзонуклеазы I, экзонуклеазы III, экзонуклеазы V, экзонуклеазы VII, экзонуклеазы VIII, экзонуклеазы Т5, экзонуклеазы Т7, лямбда-экзонуклеазы, экзонуклеазы Т, экзонуклеазы BAL-31, экзонуклеазы RecJf, РНКазы R, РНКазы II, РНКазы D, РНКазы Т, РНКазы BN, РНКазы РН, экзорибонуклеазы I и экзорибонуклеазы II. В некоторых вариантах осуществления изобретения, нуклеиновая кислота-мишень выбрана из последовательности, характерной для бактерии; последовательности, характерной для вируса; последовательности, характерной для паразита, и последовательности, характерной для заболевания или состояния пациента. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса I (CASCADE), а зонд содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ), и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5' -ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3' и 5'-TTG-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR Cas9 или эндонуклеазу CRISPR Cas12a, а зонд содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' и 5'-TTTV-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, включает эндонуклеазу и нуклеиновую кислоту, нацеленную на другую нуклеиновую кислоту (NATNA), например, руководящую РНК CRISPR, выбранную из одноцепочечной руководящей РНК и двухцепочечной руководящей РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит cr-РНК и tracr-PHK. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит область нацеливания, способную гибридизоваться с областью зонда. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA способна взаимодействовать с эндонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит нуклеотиды ДНК и РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза выбрана из группы, состоящей из нуклеазы «цинковые пальцы» (ZFN), ZFN, конъюгированной с Fok I, эффекторной нуклеазы, подобной активатору транскрипции (TALEN), одноцепочечной эндонуклеазы Endo ТТ, эндонуклеазы Argonaute, эндонуклеаыа Arcus, эндорибонуклеазы, выбранной из РНКазы III, РНКазы А, РНКазы Т1, РНКазы А, РНКазы Н, РНКазы Z и РНКазы Р, Cas3 и Cas7-11, и рестриктирующей эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, структура, ингибирующая расщепление зонда экзонуклеазой, выбрана из шпильки, выступающей цепи и модификации нуклеиновой кислоты, например, одной или более (5 или более) фосфоротиоатных связей. В некоторых вариантах осуществления изобретения, образец содержит неочищенный препарат нуклеиновых кислот.[0013] In one embodiment, the present invention relates to a method for detecting the presence of a target nucleic acid in a sample, wherein said method comprises: contacting the sample with a reaction mixture comprising an endonuclease, an exonuclease, and a nucleic acid probe capable of hybridizing to the target nucleic acid, wherein said probe comprises: a donor fluorophore and an acceptor fluorophore, and wherein said fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair; at least one structure that inhibits cleavage of the probe by the exonuclease; and an endonuclease recognition sequence, and evaluating fluorescence emitted by the reaction mixture, wherein a change in fluorescence indicates the presence of the target nucleic acid in the sample. In some embodiments, the at least one structure that inhibits cleavage of the probe by an exonuclease is selected from a structure at each 3' end that inhibits cleavage by a 3'-5' exonuclease, a structure at each 5' end that inhibits cleavage by a 5'-3' exonuclease, or both of these structures. In some embodiments, the exonuclease is selected from exonuclease I, exonuclease III, exonuclease V, exonuclease VII, exonuclease VIII, T5 exonuclease, T7 exonuclease, lambda exonuclease, exonuclease T, BAL-31 exonuclease, RecJf exonuclease, RNase R, RNase II, RNase D, RNase T, RNase BN, RNase PH, exoribonuclease I, and exoribonuclease II. In some embodiments, the target nucleic acid is selected from a sequence characteristic of a bacterium, a sequence characteristic of a virus, a sequence characteristic of a parasite, and a sequence characteristic of a disease or condition of a patient. In some embodiments, the endonuclease is a nucleic acid-regulated endonuclease. In some embodiments, the endonuclease is a class I CRISPR endonuclease (CASCADE), and the probe comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3', and 5'-TTG-3'. In some embodiments, the endonuclease is a CRISPR Cas9 endonuclease or a CRISPR Cas12a endonuclease, and the probe comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3', and 5'-TTTV-3'. In some embodiments, the nucleic acid-regulated endonuclease comprises an endonuclease and a nucleic acid that targets another nucleic acid (NATNA), such as a CRISPR guide RNA selected from a single-stranded guide RNA and a double-stranded guide RNA. In some embodiments, NATNA comprises cr-RNA and tracr-RNA. In some embodiments, NATNA comprises a targeting region capable of hybridizing to a probe region. In some embodiments, NATNA is capable of interacting with an endonuclease. In some embodiments, NATNA comprises DNA and RNA nucleotides. In some embodiments, the endonuclease is selected from the group consisting of zinc finger nuclease (ZFN), Fok I-conjugated ZFN, transcription activator-like effector nuclease (TALEN), Endo TT single-stranded endonuclease, Argonaute endonuclease, Arcus endonuclease, endoribonuclease selected from RNase III, RNase A, RNase T1, RNase A, RNase H, RNase Z and RNase P, Cas3 and Cas7-11, and a restriction endonuclease. In some embodiments, the structure inhibiting cleavage of the probe by an exonuclease is selected from a hairpin, an overhang, and a nucleic acid modification, such as one or more (5 or more) phosphorothioate linkages. In some embodiments, the sample comprises a crude nucleic acid preparation.
[0014] В одном своем варианте, настоящее изобретение относится к способу обнаружения присутствия двух или более нуклеиновых кислот-мишеней в образце, включающему: контактирование образца с реакционной смесью, содержащей эндонуклеазу, экзонуклеазу и два или более зонда нуклеиновой кислоты, каждый из которых способен гибридизоваться с двумя или более нуклеиновыми кислотами-мишенями, причем, каждый зонд содержит: донорный флуорофор и акцепторный флуорофор, где указанные флуорофоры образуют пару для переноса резонансной энергии флуоресценции (FRET); по меньшей мере одну структуру, ингибирующую расщепление зондов экзонуклеазой; и последовательность распознавания эндонуклеазы, и оценку флуоресценции, испускаемой реакционной смесью, где изменение флуоресценции указывает на присутствие нуклеиновой кислоты-мишени в образце. В некоторых вариантах осуществления изобретения, два или более зондов нуклеиновой кислоты содержат по меньшей мере один другой флуорофор. В некоторых вариантах осуществления изобретения, все два или более зондов нуклеиновой кислоты содержат один и тот же флуорофор. В некоторых вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере одна структура, ингибирующая расщепление зондов экзонуклеазой, выбрана из структуры на каждом 3'-конце, ингибирующей расщепление 3'-5'-экзонуклеазой, структуры на каждом 5'-конце, ингибирующей расщепление 5'-3'-экзонуклеазой или обеих этих структур. В некоторых вариантах осуществления изобретения, экзонуклеаза выбрана из экзонуклеазы I, экзонуклеазы III, экзонуклеазы V, экзонуклеазы VII, экзонуклеазы VIII, экзонуклеазы Т5, экзонуклеазы Т7, лямбда-экзонуклеазы, экзонуклеазы Т, экзонуклеазы BAL-31, экзонуклеазы RecJf, РНКазы R, РНКазы II, РНКазы D, РНКазы Т, РНКазы BN, РНКазы РН, экзорибонуклеазы I и экзорибонуклеазы II. В некоторых вариантах осуществления изобретения, две или более нуклеиновые кислоты-мишени выбраны из последовательности, характерной для бактерии, последовательности, характерной для вируса, последовательности, характерной для паразита, и последовательности, характерной для заболевания или состояния пациента. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса I (CASCADE), а субстрат содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3' и 5'-TTG-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, представляет собой эндонуклеазу CRISPR Cas9 или эндонуклеазу CRISPR Cas12a, а субстрат содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' и 5'-TTTV-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, включает эндонуклеазу и нуклеиновую кислоту, нацеленную на другую нуклеиновую кислоту (NATNA), например, руководяющую РНК CRISPR, выбранную из одноцепочечной руководяющей РНК и двухцепочечной руководяющей РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит cr-РНК и tracr-PHK. В некоторых вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере одна NATNA используется для каждого из двух или более зондов, и каждая NATNA содержит область нацеливания, способную гибридизоваться с областью по меньшей мере одного зонда. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA способна взаимодействовать с эндонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит нуклеотиды ДНК и РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза выбрана из группы, состоящей из нуклеазы «цинковые пальцы» (ZFN), ZFN, конъюгированной с Fok I, эффекторной нуклеазы, подобной активатору транскрипции (TALEN), одноцепочечной эндонуклеазы Endo ТТ, эндонуклеазы Argonaute, эндонуклеазы Arcus, эндорибонуклеазы, выбранной из РНКазы III, РНКазы А, РНКазы Т1, РНКазы А, РНКазы Н, РНКазы Z и РНКазы Р, Cas3 и Cas7-11, и рестриктирующей эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, структура, ингибирующая расщепление зонда экзонуклеазой, выбрана из шпильки, выступающей цепи и модификации нуклеиновой кислоты, например, одной или более (5 или более) фосфоротиоатных связей. В некоторых вариантах осуществления изобретения, образец содержит неочищенный препарат нуклеиновых кислот.[0014] In one embodiment, the present invention relates to a method for detecting the presence of two or more target nucleic acids in a sample, comprising: contacting the sample with a reaction mixture comprising an endonuclease, an exonuclease, and two or more nucleic acid probes, each of which is capable of hybridizing to two or more target nucleic acids, wherein each probe comprises: a donor fluorophore and an acceptor fluorophore, wherein the fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair; at least one structure that inhibits cleavage of the probes by the exonuclease; and an endonuclease recognition sequence, and evaluating fluorescence emitted by the reaction mixture, wherein a change in fluorescence indicates the presence of the target nucleic acid in the sample. In some embodiments, the two or more nucleic acid probes comprise at least one different fluorophore. In some embodiments, all two or more nucleic acid probes comprise the same fluorophore. In some embodiments, the at least one structure that inhibits cleavage of the probes by an exonuclease is selected from a structure at each 3' end that inhibits cleavage by a 3'-5' exonuclease, a structure at each 5' end that inhibits cleavage by a 5'-3' exonuclease, or both of these structures. In some embodiments, the exonuclease is selected from exonuclease I, exonuclease III, exonuclease V, exonuclease VII, exonuclease VIII, T5 exonuclease, T7 exonuclease, lambda exonuclease, exonuclease T, BAL-31 exonuclease, RecJf exonuclease, RNase R, RNase II, RNase D, RNase T, RNase BN, RNase PH, exoribonuclease I, and exoribonuclease II. In some embodiments, the two or more target nucleic acids are selected from a sequence characteristic of a bacterium, a sequence characteristic of a virus, a sequence characteristic of a parasite, and a sequence characteristic of a disease or condition of a patient. In some embodiments, the endonuclease is a nucleic acid-regulated endonuclease. In some embodiments, the endonuclease is a class I CRISPR endonuclease (CASCADE), and the substrate comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3', and 5'-TTG-3'. In some embodiments of the invention, the nucleic acid-regulated endonuclease is a CRISPR Cas9 endonuclease or a CRISPR Cas12a endonuclease, and the substrate comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' and 5'-TTTV-3'. In some embodiments, a nucleic acid-regulated endonuclease comprises an endonuclease and a nucleic acid that targets another nucleic acid (NATNA), such as a CRISPR guide RNA selected from a single-stranded guide RNA and a double-stranded guide RNA. In some embodiments, the NATNA comprises crRNA and tracrRNA. In some embodiments, at least one NATNA is used for each of two or more probes, and each NATNA comprises a targeting region capable of hybridizing to a region of at least one probe. In some embodiments, the NATNA is capable of interacting with the endonuclease. In some embodiments, the NATNA comprises DNA and RNA nucleotides. In some embodiments, the endonuclease is selected from the group consisting of a zinc finger nuclease (ZFN), Fok I-conjugated ZFN, a transcription activator-like effector nuclease (TALEN), Endo TT single-stranded endonuclease, Argonaute endonuclease, Arcus endonuclease, an endoribonuclease selected from RNase III, RNase A, RNase T1, RNase A, RNase H, RNase Z and RNase P, Cas3 and Cas7-11, and a restriction endonuclease. In some embodiments, the structure that inhibits cleavage of the probe by the exonuclease is selected from a hairpin, an overhang and a nucleic acid modification, such as one or more (5 or more) phosphorothioate linkages. In some embodiments, the sample comprises a crude nucleic acid preparation.
[0015] В одном своем варианте, настоящее изобретение относится к способу обнаружения присутствия нуклеиновой кислоты-мишени в образце, где указанный способ включает: присоединение к нуклеиновой кислоте-мишени в образце: донорного флуорофора и акцепторного флуорофора, где указанные флуорофоры образуют пару для переноса резонансной энергии флуоресценции (FRET); по меньшей мере одной структуры, ингибирующей расщепление экзонуклеазой; и последовательности распознавания эндонуклеазы, с образованием модифицированной нуклеиновой кислоты, и контактирование образца с эндонуклеазой и экзонуклеазой; и оценку флуоресценции, испускаемой реакционной смесью, где изменение флуоресценции указывает на присутствие нуклеиновой кислоты-мишени в образце. В некоторых вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере одна структура, ингибирующая расщепление экзонуклеазой, выбрана из структуры на каждом 3'-конце, ингибирующей расщепление 3'-5'-экзонуклеазой, структуры на каждом 5'-конце, ингибирующей расщепление 5'-3'-экзонуклеазой или обеих этих структур. В некоторых вариантах осуществления изобретения, экзонуклеаза выбрана из экзонуклеазы I, экзонуклеазы III, экзонуклеазы V, экзонуклеазы VII, экзонуклеазы VIII, экзонуклеазы Т5, экзонуклеазы Т7, лямбда-экзонуклеазы, экзонуклеазы Т, экзонуклеазы BAL-31, экзонуклеазы RecJf, РНКазы R, РНКазы II, РНКазы D, РНКазы Т, РНКазы BN, РНКазы РН, экзорибонуклеазы I и экзорибонуклеазы II. В некоторых вариантах осуществления изобретения, присоединение осуществляется посредством лигирования адаптеров, включая донорный флуорофор, акцепторный флуорофор и структуру, ингибирующую расщепление экзонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, перед присоединением, нуклеиновую кислоту-мишень амплифицируют с помощью ПЦР. В некоторых вариантах осуществления изобретения, присоединение осуществляется посредством одного или более раундов удлинения с помощью праймеров для амплификации, содержащих донорный флуорофор и акцепторный флуорофор, где указанные флуорофоры образуют пару для переноса резонансной энергии флуоресценции (FRET); и структуры, ингибирующей расщепление экзонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, нуклеиновая кислота-мишень выбрана из последовательности, характерной для бактерии; последовательности, характерной для вируса; последовательности, характерной для паразита; и последовательности, характерной для заболевания или состояния пациента. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса I (CASCADE), а нуклеиновая кислота-мишень или модифицированная нуклеиновая кислота-мишень содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3' и 5'-TTG-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR Cas9 или эндонуклеазу CRISPR Cas12a, а нуклеиновая кислота-мишень или модифицированная нуклеиновая кислота-мишень содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5 '-TTTN-3' и 5'-TTTV-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, включает эндонуклеазу и нуклеиновую кислоту, нацеленную на другую нуклеиновую кислоту (NATNA), например, руководящую РНК CRISPR, выбранную из одноцепочечной руководящей РНК и двухцепочечной руководящей РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит cr-РНК и tracr-PHK. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит область нацеливания, способную гибридизоваться с нуклеиновой кислотой-мишенью или модифицированной нуклеиновой кислотой-мишенью. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA способна взаимодействовать с эндонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит нуклеотиды ДНК и РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза выбрана из группы, состоящей из нуклеазы «цинковые пальцы» (ZFN), ZFN, конъюгированной с Fok I, эффекторной нуклеазы, подобной активатору транскрипции (TALEN), одноцепочечной эндонуклеазы Endo ТТ, эндонуклеазы Argonaute, эндонуклеазы Arcus, эндорибонуклеазы, выбранной из РНКазы III, РНКазы А, РНКазы Т1, РНКазы А, РНКазы Н, РНКазы Z и РНКазы Р, Cas3 и Cas7-11, и рестриктирующей эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, структура, ингибирующая расщепление экзонуклеазой, выбрана из шпильки, выступающей цепи и модификации нуклеиновой кислоты, например, одной или более (5 или более) фосфоротиоатных связей. В некоторых вариантах осуществления изобретения, образец содержит неочищенный препарат нуклеиновых кислот.[0015] In one embodiment, the present invention relates to a method for detecting the presence of a target nucleic acid in a sample, wherein said method comprises: attaching to a target nucleic acid in a sample: a donor fluorophore and an acceptor fluorophore, wherein said fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair; at least one exonuclease cleavage inhibitory structure; and an endonuclease recognition sequence, to form a modified nucleic acid, and contacting the sample with the endonuclease and the exonuclease; and evaluating fluorescence emitted by the reaction mixture, wherein a change in fluorescence indicates the presence of the target nucleic acid in the sample. In some embodiments, the at least one exonuclease cleavage inhibiting structure is selected from a 3'-5' exonuclease cleavage inhibiting structure at each 3' end, a 5'-3' exonuclease cleavage inhibiting structure at each 5' end, or both. In some embodiments, the exonuclease is selected from exonuclease I, exonuclease III, exonuclease V, exonuclease VII, exonuclease VIII, T5 exonuclease, T7 exonuclease, lambda exonuclease, exonuclease T, BAL-31 exonuclease, RecJf exonuclease, RNase R, RNase II, RNase D, RNase T, RNase BN, RNase PH, exoribonuclease I, and exoribonuclease II. In some embodiments, the attachment is accomplished by ligating adaptors including a donor fluorophore, an acceptor fluorophore, and an exonuclease cleavage inhibitory structure. In some embodiments, prior to attachment, the target nucleic acid is amplified by PCR. In some embodiments, the attachment is accomplished by one or more rounds of extension using amplification primers comprising a donor fluorophore and an acceptor fluorophore, wherein the fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair; and an exonuclease cleavage inhibitory structure. In some embodiments, the target nucleic acid is selected from a sequence characteristic of a bacterium; a sequence characteristic of a virus; a sequence characteristic of a parasite; and a sequence characteristic of a disease or condition of a patient. In some embodiments, the endonuclease is a nucleic acid-regulated endonuclease. In some embodiments, the endonuclease is a class I CRISPR endonuclease (CASCADE), and the target nucleic acid or modified target nucleic acid comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3', and 5'-TTG-3'. In some embodiments of the invention, the endonuclease is a CRISPR Cas9 endonuclease or a CRISPR Cas12a endonuclease, and the target nucleic acid or modified target nucleic acid comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' and 5'-TTTV-3'. In some embodiments, a nucleic acid-regulated endonuclease comprises an endonuclease and a nucleic acid targeting another nucleic acid (NATNA), such as a CRISPR guide RNA selected from a single-stranded guide RNA and a double-stranded guide RNA. In some embodiments, NATNA comprises crRNA and tracrRNA. In some embodiments, NATNA comprises a targeting region capable of hybridizing with a target nucleic acid or a modified target nucleic acid. In some embodiments, NATNA is capable of interacting with an endonuclease. In some embodiments, NATNA comprises DNA and RNA nucleotides. In some embodiments, the endonuclease is selected from the group consisting of a zinc finger nuclease (ZFN), Fok I-conjugated ZFN, a transcription activator-like effector nuclease (TALEN), Endo TT single-stranded endonuclease, Argonaute endonuclease, Arcus endonuclease, an endoribonuclease selected from RNase III, RNase A, RNase T1, RNase A, RNase H, RNase Z and RNase P, Cas3 and Cas7-11, and a restriction endonuclease. In some embodiments, the exonuclease cleavage-inhibiting structure is selected from a hairpin, an overhang, and a nucleic acid modification, such as one or more (5 or more) phosphorothioate linkages. In some embodiments, the sample comprises a crude nucleic acid preparation.
[0016] В одном своем варианте, настоящее изобретение относится к набору для проведения диагностической процедуры согласно способу по п. 116, где указанный набор включает: эндонуклеазу и зонд нуклеиновой кислоты, способный гибридизоваться с нуклеиновой кислотой-мишенью, где зонд содержит: донорный флуорофор и акцепторный флуорофор, причем указанные флуорофоры образуют пару для переноса резонансной энергии флуоресценции (FRET); по меньшей мере одну структуру, ингибирующую расщепление зонда экзонуклеазой; и последовательность распознавания эндонуклеазы; и оценки флуоресценции, испускаемой реакционной смесью, где изменение флуоресценции указывает на присутствие нуклеиновой кислоты-мишени в образце, где нуклеиновая кислота-мишень выбрана из последовательности, характерной для бактерии, последовательносиь, характерной для вируса, последовательности, характерной для паразита, и последовательности, характерной для заболевания или состояния пациента. В некоторых вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере одна структура, ингибирующая расщепление зонда экзонуклеазой, выбрана из структуры на каждом 3'-конце, ингибирующей расщепление 3'-5'-экзонуклеазой, структуры на каждом 5'-конце, ингибирующей расщепление 5'-3'-экзонуклеазой или обеих этих структур. В некоторых вариантах осуществления изобретения, набор дополнительно содержит экзонуклеазу, выбранную из экзонуклеазы I, экзонуклеазы III, экзонуклеазы V, экзонуклеазы VII, экзонуклеазы VIII, экзонуклеазы Т5, экзонуклеазы Т7, экзонуклеазы лямбда, экзонуклеазы Т, экзонуклеазы BAL-31, экзонуклеазы RecJf, РНКазы R, РНКазы II, РНКазы D, РНКазы Т, РНКазы BN, РНКазы РН, экзорибонуклеазы I и экзорибонуклеазы II. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса I (CASCADE), а зонд содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3' и 5'-TTG-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, представляет собой эндонуклеазу CRISPR Cas9 или эндонуклеазу CRISPR Cas12a, а зонд содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' и 5'-TTTV-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, представляет собой эндонуклеазу CRISPR в комплексе с нуклеиновой кислотой, нацеленной на другую нуклеиновую кислоту (NATNA), a NATNA представляет собой руководящую РНК CRISPR, выбранную из одноцепочечной руководящей РНК и двухцепочечной руководящей РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит cr-РНК и tracr-PHK. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA способна взаимодействовать с эндонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит нуклеотиды ДНК и РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза выбрана из группы, состоящей из нуклеазы «цинковые пальцы» (ZFN), ZFN, конъюгированной с Fok I, эффекторной нуклеазы, подобной активатору транскрипции (TALEN), одноцепочечной эндонуклеазы Endo ТТ, эндонуклеазы Argonaute, эндонуклеазы Arcus, эндорибонуклеазы, выбранной из РНКазы III, РНКазы А, РНКазы Т1, РНКазы А, РНКазы Н, РНКазы Z и РНКазы Р, Саз3 и Cas7-11, и рестриктирующей эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, структура, ингибирующая расщепление экзонуклеазой, выбрана из шпильки, выступающей цепи и модификации нуклеиновой кислоты, например, одной или более (5 или более) фосфоротиоатных связей.[0016] In one embodiment, the present invention relates to a kit for performing a diagnostic procedure according to the method of claim 116, wherein said kit comprises: an endonuclease and a nucleic acid probe capable of hybridizing with a target nucleic acid, wherein the probe comprises: a donor fluorophore and an acceptor fluorophore, wherein said fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair; at least one structure that inhibits cleavage of the probe by an exonuclease; and an endonuclease recognition sequence; and assessing fluorescence emitted by a reaction mixture, wherein a change in fluorescence indicates the presence of a target nucleic acid in a sample, wherein the target nucleic acid is selected from a sequence characteristic of a bacterium, a sequence characteristic of a virus, a sequence characteristic of a parasite, and a sequence characteristic of a disease or condition of a patient. In some embodiments, the at least one structure that inhibits cleavage of the probe by an exonuclease is selected from a structure at each 3' end that inhibits cleavage by a 3'-5' exonuclease, a structure at each 5' end that inhibits cleavage by a 5'-3' exonuclease, or both of these structures. In some embodiments, the kit further comprises an exonuclease selected from exonuclease I, exonuclease III, exonuclease V, exonuclease VII, exonuclease VIII, T5 exonuclease, T7 exonuclease, lambda exonuclease, T exonuclease, BAL-31 exonuclease, RecJf exonuclease, RNase R, RNase II, RNase D, RNase T, RNase BN, RNase PH, exoribonuclease I, and exoribonuclease II. In some embodiments, the endonuclease is a nucleic acid-regulated endonuclease. In some embodiments, the nucleic acid-regulated endonuclease is a class I CRISPR endonuclease (CASCADE) and the probe comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3' and 5'-TTG-3'. In some embodiments of the invention, the nucleic acid-regulated endonuclease is a CRISPR Cas9 endonuclease or a CRISPR Cas12a endonuclease, and the probe comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' and 5'-TTTV-3'. In some embodiments, the nucleic acid-regulated endonuclease is a CRISPR endonuclease in complex with a nucleic acid targeting another nucleic acid (NATNA), and NATNA is a CRISPR guide RNA selected from a single-stranded guide RNA and a double-stranded guide RNA. In some embodiments, NATNA comprises crRNA and tracrRNA. In some embodiments, NATNA is capable of interacting with the endonuclease. In some embodiments, NATNA comprises DNA and RNA nucleotides. In some embodiments, the endonuclease is selected from the group consisting of a zinc finger nuclease (ZFN), Fok I-conjugated ZFN, a transcription activator-like effector nuclease (TALEN), Endo TT single-stranded endonuclease, Argonaute endonuclease, Arcus endonuclease, an endoribonuclease selected from RNase III, RNase A, RNase T1, RNase A, RNase H, RNase Z, and RNase P, Cas3, and Cas7-11, and a restriction endonuclease. In some embodiments, the exonuclease cleavage-inhibiting structure is selected from a hairpin, an overhang, and a nucleic acid modification, such as one or more (5 or more) phosphorothioate linkages.
[0017] В одном своем варианте, настоящее изобретение относится к набору для обнаружения присутствия нуклеиновой кислоты-мишени в образце, где указанный способ включает один или более олигонуклеотидов, способных присоединяться к нуклеиновой кислоте-мишени с образованием модифицированной нуклеиновой кислоты, где олигонуклеотиды содержат: донорный флуорофор и акцепторный флуорофор, причем, указанные флуорофоры образуют пару для переноса резонансной энергии флуоресценции (FRET); по меньшей мере одну структуру, ингибирующую расщепление экзонуклеазой; где модифицированная нуклеиновая кислота содержит последовательность распознавания эндонуклеазы, и эндонуклеазу, и где нуклеиновая кислота-мишень выбрана из последовательности, характерной для бактерии, последовательности, характерной для вируса, последовательности, характерной для паразита, и последовательности, характерной для заболевания или состояния пациента. В некоторых вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере одна структура, ингибирующая расщепление экзонуклеазой, выбрана из структуры на каждом 3'-конце, ингибирующей расщепление 3'-5'-экзонуклеазой, структуры на каждом 5'-конце, ингибирующей расщепление 5'-3'-экзонуклеазой или обеих этих структур. В некоторых вариантах осуществления изобретения, экзонуклеаза выбрана из экзонуклеазы I, экзонуклеазы III, экзонуклеазы V, экзонуклеазы VII, экзонуклеазы VIII, экзонуклеазы Т5, экзонуклеазы Т7, лямбда-экзонуклеазы, экзонуклеазы Т, экзонуклеазы BAL-31, экзонуклеазы RecJf, РНКазы R, РНКазы II, РНКазы D, РНКазы Т, РНКазы BN, РНКазы РН, экзорибонуклеазы I и экзорибонуклеазы II. В некоторых вариантах осуществления изобретения, присоединение осуществляется посредством лигирования олигонуклеотидов с нуклеиновой кислотой-мишенью, и набор необязательно включает лигазу. В некоторых вариантах осуществления изобретения, присоединение осуществляется посредством одного или более циклов удлинения, при этом, олигонуклеотиды действуют как праймеры для амплификации, а набор необязательно включает реагенты для проведения амплификации. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса I (CASCADE), а нуклеиновая кислота-мишень или модифицированная нуклеиновая кислота-мишень содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3' и 5'-TTG-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR Cas9 или эндонуклеазу CRISPR Cas12a, а нуклеиновая кислота-мишень или модифицированная нуклеиновая кислота-мишень содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' и 5'-TTTV-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, включает эндонуклеазу и нуклеиновую кислоту, нацеленную на другую нуклеиновую кислоту (NATNA), например, руководящую РНК CRISPR, выбранную из одноцепочечной руководящей РНК и двухцепочечной руководящей РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит cr-РНК и tracr-PHK. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит область нацеливания, способную гибридизоваться с нуклеиновой кислотой-мишенью или с модифицированной нуклеиновой кислотой-мишенью. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA способна взаимодействовать с эндонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит нуклеотиды ДНК и РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза выбрана из группы, состоящей из нуклеазы «цинковые пальцы» (ZFN), ZFN, конъюгированной с Fok I, эффекторной нуклеазы, подобной активатору транскрипции (TALEN), одноцепочечной эндонуклеазы Endo ТТ, эндонуклеазы Argonaute, эндонуклеазы Arcus, эндорибонуклеазы, выбранной из РНКазы III, РНКазы А, РНКазы Т1, РНКазы А, РНКазы Н, РНКазы Z и РНКазы Р, СазЗ и Cas7-11, и рестриктирующей эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, структура, ингибирующая расщепление экзонуклеазой, выбрана из шпильки, выступающей цепи и модификации нуклеиновой кислоты, например, одной или более (5 или более) фосфоротиоатных связей.[0017] In one embodiment, the present invention relates to a kit for detecting the presence of a target nucleic acid in a sample, wherein said method comprises one or more oligonucleotides capable of attaching to a target nucleic acid to form a modified nucleic acid, wherein the oligonucleotides comprise: a donor fluorophore and an acceptor fluorophore, wherein said fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair; at least one structure that inhibits cleavage by an exonuclease; wherein the modified nucleic acid comprises an endonuclease recognition sequence and an endonuclease, and wherein the target nucleic acid is selected from a sequence characteristic of a bacterium, a sequence characteristic of a virus, a sequence characteristic of a parasite, and a sequence characteristic of a disease or condition of a patient. In some embodiments, the at least one exonuclease cleavage inhibiting structure is selected from a 3'-5' exonuclease cleavage inhibiting structure at each 3' end, a 5'-3' exonuclease cleavage inhibiting structure at each 5' end, or both. In some embodiments, the exonuclease is selected from exonuclease I, exonuclease III, exonuclease V, exonuclease VII, exonuclease VIII, T5 exonuclease, T7 exonuclease, lambda exonuclease, exonuclease T, BAL-31 exonuclease, RecJf exonuclease, RNase R, RNase II, RNase D, RNase T, RNase BN, RNase PH, exoribonuclease I, and exoribonuclease II. In some embodiments, the attachment is accomplished by ligating oligonucleotides to a target nucleic acid, and the kit optionally includes a ligase. In some embodiments, the attachment is accomplished through one or more extension cycles, with the oligonucleotides acting as amplification primers, and the kit optionally includes reagents for carrying out the amplification. In some embodiments, the endonuclease is a nucleic acid-regulated endonuclease. In some embodiments, the endonuclease is a class I CRISPR endonuclease (CASCADE), and the target nucleic acid or modified target nucleic acid comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3', and 5'-TTG-3'. In some embodiments of the invention, the endonuclease is a CRISPR Cas9 endonuclease or a CRISPR Cas12a endonuclease, and the target nucleic acid or modified target nucleic acid comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' and 5'-TTTV-3'. In some embodiments, a nucleic acid-regulated endonuclease comprises an endonuclease and a nucleic acid targeting another nucleic acid (NATNA), such as a CRISPR guide RNA selected from a single-stranded guide RNA and a double-stranded guide RNA. In some embodiments, NATNA comprises crRNA and tracrRNA. In some embodiments, NATNA comprises a targeting region capable of hybridizing to a target nucleic acid or a modified target nucleic acid. In some embodiments, NATNA is capable of interacting with an endonuclease. In some embodiments, NATNA comprises DNA and RNA nucleotides. In some embodiments, the endonuclease is selected from the group consisting of a zinc finger nuclease (ZFN), Fok I-conjugated ZFN, a transcription activator-like effector nuclease (TALEN), Endo TT single-stranded endonuclease, Argonaute endonuclease, Arcus endonuclease, an endoribonuclease selected from RNase III, RNase A, RNase T1, RNase A, RNase H, RNase Z and RNase P, Ca3 and Cas7-11, and a restriction endonuclease. In some embodiments, the exonuclease cleavage inhibiting structure is selected from a hairpin, an overhanging strand, and a nucleic acid modification, such as one or more (5 or more) phosphorothioate linkages.
[0018] В одном своем варианте, настоящее изобретение относится к способу оптимизации реакций эндонуклеазного расщепления, где указанный способ включает: приготовление серии реакционных смесей с экзонуклеазой и субстратом нуклеиновой кислоты, содержащим: донорный флуорофор и акцепторный флуорофор, где указанные флуорофоры образуют пару для переноса резонансной энергии флуоресценции (FRET); по меньшей мере одну структуру по меньшей мере на одной цепи, ингибирующую расщепление субстрата экзонуклеазой; и последовательность распознавания эндонуклеазы; контактирование каждой из серий реакционных смесей с различными количествами эндонуклеазы; оценку флуоресценции, излучаемой реакционной смесью, где изменение флуоресценции указывает на активность эндонуклеазы; выбор количества эндонуклеазы, дающего наибольшую флуоресценцию реакционной смеси, или наибольшую скорость увеличения флуоресценции реакционной смеси, в качестве оптимальной концентрации эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, структура, ингибирующая расщепление субстрата экзонуклеазой, выбрана из структуры на каждом 3'-конце, ингибирующей расщепление 3'-5'-экзонуклеазой, структуры на каждом 5'-конце, ингибирующей расщепление 5'-3'-экзонуклеазой или обеих этих структур. В некоторых вариантах осуществления изобретения, экзонуклеаза выбрана из экзонуклеазы I, экзонуклеазы III, экзонуклеазы V, экзонуклеазы VII, экзонуклеазы VIII, экзонуклеазы Т5, экзонуклеазы Т7, лямбда-экзонуклеазы, экзонуклеазы Т, экзонуклеазы BAL-31, экзонуклеазы RecJf, РНКазы R, РНКазы II, РНКазы D, РНКазы Т, РНКазы BN, РНКазы РН, экзорибонуклеазы I и экзорибонуклеазы II. В некоторых вариантах осуществления изобретения, реакционную смесь одновременно подвергают контактированию с эндонуклеазой и экзонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, реакционную смесь сначала подвергают контактированию с эндонуклеазой, а затем с экзонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, между контактированием реакционной смеси с эндонуклеазой и контактированием реакционной смеси с экзонуклеазой, стадии очистки не проводят.[0018] In one embodiment, the present invention relates to a method for optimizing endonuclease cleavage reactions, wherein the method comprises: preparing a series of reaction mixtures with an exonuclease and a nucleic acid substrate comprising: a donor fluorophore and an acceptor fluorophore, wherein the fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair; at least one structure on at least one strand that inhibits cleavage of the substrate by the exonuclease; and an endonuclease recognition sequence; contacting each of the series of reaction mixtures with different amounts of endonuclease; assessing fluorescence emitted by the reaction mixture, wherein a change in fluorescence indicates endonuclease activity; selecting the amount of endonuclease that produces the highest fluorescence of the reaction mixture, or the highest rate of increase in fluorescence of the reaction mixture, as the optimal concentration of endonuclease. In some embodiments, the structure that inhibits cleavage of the substrate by an exonuclease is selected from a structure at each 3' end that inhibits cleavage by a 3'-5' exonuclease, a structure at each 5' end that inhibits cleavage by a 5'-3' exonuclease, or both of these structures. In some embodiments, the exonuclease is selected from exonuclease I, exonuclease III, exonuclease V, exonuclease VII, exonuclease VIII, T5 exonuclease, T7 exonuclease, lambda exonuclease, exonuclease T, BAL-31 exonuclease, RecJf exonuclease, RNase R, RNase II, RNase D, RNase T, RNase BN, RNase PH, exoribonuclease I, and exoribonuclease II. In some embodiments, the reaction mixture is simultaneously contacted with the endonuclease and the exonuclease. In some embodiments, the reaction mixture is first contacted with an endonuclease and then with an exonuclease. In some embodiments, no purification step is performed between contacting the reaction mixture with the endonuclease and contacting the reaction mixture with the exonuclease.
[0019] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой, такую как эндонуклеаза CRISPR класса I (CASCADE), а субстрат содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3' и 5'-TTG-3', или эндонуклеазу CRISPR Cas9, или эндонуклеазу CRISPR Cas12a, а субстрат содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5 '-TTTN-3' и 5'-TTTV-3'.[0019] In some embodiments, the endonuclease is a nucleic acid-regulated endonuclease such as a class I CRISPR endonuclease (CASCADE), and the substrate comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3', and 5'-TTG-3', or a CRISPR Cas9 endonuclease or a CRISPR Cas12a endonuclease, and the substrate comprises a motif, adjacent to the protospacer (PAM) and consisting of a sequence selected from 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' and 5'-TTTV-3'.
[0020] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, регулируемая нуклеиновой кислотой, включает эндонуклеазу и нуклеиновую кислоту, нацеленную на другую нуклеиновую кислоту (NATNA), например, руководящую РНК CRISPR, выбранную из одноцепочечной руководящей РНК и двухцепочечной руководящей РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит cr-РНК и tracr-PHK. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит область нацеливания, способную гибридизоваться с областью субстрата. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA способна взаимодействовать с эндонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит нуклеотиды ДНК и РНК.[0020] In some embodiments, a nucleic acid-regulated endonuclease comprises an endonuclease and a nucleic acid that targets another nucleic acid (NATNA), such as a CRISPR guide RNA selected from a single-stranded guide RNA and a double-stranded guide RNA. In some embodiments, NATNA comprises crRNA and tracrRNA. In some embodiments, NATNA comprises a targeting region capable of hybridizing to a substrate region. In some embodiments, NATNA is capable of interacting with an endonuclease. In some embodiments, NATNA comprises DNA and RNA nucleotides.
[0021] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза выбрана из группы, состоящей из нуклеазы «цинковые пальцы» (ZFN), ZFN, конъюгированной с Fok I, эффекторной нуклеазы, подобной активатору транскрипции (TALEN), одноцепочечной эндонуклеазы Endo ТТ, эндонуклеазы Argonaute, эндонуклеазы Arcus, эндорибонуклеазы, выбранной из РНКазы III, РНКазы А, РНКазы Т1, РНКазы А, РНКазы Н, РНКазы Z и РНКазы Р, Cas3 и Cas7-11, и рестриктирующей эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, структура, ингибирующая расщепление субстрата экзонуклеазой, выбрана из шпильки, выступающей цепи и модификации нуклеиновой кислоты. В некоторых вариантах осуществления изобретения, модификация нуклеиновой кислоты включает одну или более фосфортиоатных связей. В некоторых вариантах осуществления изобретения, модификация нуклеиновой кислоты включает 5 или более фосфортиоатных связей.[0021] In some embodiments, the endonuclease is selected from the group consisting of a zinc finger nuclease (ZFN), a Fok I-conjugated ZFN, a transcription activator-like effector nuclease (TALEN), an Endo TT single-stranded endonuclease, an Argonaute endonuclease, an Arcus endonuclease, an endoribonuclease selected from RNase III, RNase A, RNase T1, RNase A, RNase H, RNase Z, and RNase P, Cas3, and Cas7-11, and a restriction endonuclease. In some embodiments, the structure that inhibits cleavage of the substrate by the exonuclease is selected from a hairpin, an overhang, and a nucleic acid modification. In some embodiments, the nucleic acid modification comprises one or more phosphorothioate linkages. In some embodiments, the nucleic acid modification comprises 5 or more phosphorothioate linkages.
[0022] В одном своем варианте, настоящее изобретение относится к способу оптимизации реакций расщепления эндонуклеазой CRISPR, где указанный способ включает: приготовление серии реакционных смесей с эндонуклеазой CRISPR, экзонуклеазой и субстратом нуклеиновой кислоты, содержащим: донорный флуорофор и акцепторный флуорофор, где указанные флуорофоры образуют пару для переноса резонансной энергии флуоресценции (FRET); по меньшей мере одну структуру по меньшей мере на одной цепи, ингибирующую расщепление субстрата экзонуклеазой; и последовательность распознавания эндонуклеазы; контактирование каждой из серий нуклеиновых кислот, нацеленных на другую нуклеиновую кислоту (NATNA); оценку флуоресценции, излучаемой реакционной смесью, где изменение флуоресценции указывает на активность эндонуклеазы; и отбор NATNA, дающей наибольшую флуоресценцию реакционной смеси или наибольшую скорость увеличения флуоресценции реакционной смеси, в качестве оптимальной NATNA. В некоторых вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере одна структура, ингибирующая расщепление субстрата экзонуклеазой, выбрана из структуры на каждом 3'-конце, ингибирующей расщепление 3'-5'-экзонуклеазой, структуры на каждом 5'-конце, ингибирующей расщепление 5'-3'-экзонуклеазой или обеих этих структур. В некоторых вариантах осуществления изобретения, экзонуклеаза выбрана из экзонуклеазы I, экзонуклеазы III, экзонуклеазы V, экзонуклеазы VII, экзонуклеазы VIII, экзонуклеазы Т5, экзонуклеазы Т7, лямбда-экзонуклеазы, экзонуклеазы Т, экзонуклеазы BAL-31, экзонуклеазы RecJf, РНКазы R, РНКазы II, РНКазы D, РНКазы Т, РНКазы BN, РНКазы РН, экзорибонуклеазы I и экзорибонуклеазы II. В некоторых вариантах осуществления изобретения, реакционную смесь одновременно подвергают контактированию с эндонуклеазой и экзонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, реакционную смесь сначала подвергают контактированию с эндонуклеазой, а затем с экзонуклеазой.[0022] In one embodiment, the present invention relates to a method for optimizing CRISPR endonuclease cleavage reactions, the method comprising: preparing a series of reaction mixtures with a CRISPR endonuclease, an exonuclease, and a nucleic acid substrate comprising: a donor fluorophore and an acceptor fluorophore, wherein the fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair; at least one structure on at least one strand that inhibits cleavage of the substrate by the exonuclease; and an endonuclease recognition sequence; contacting each of the series with nucleic acids targeting another nucleic acid (NATNA); assessing fluorescence emitted by the reaction mixture, wherein a change in fluorescence indicates endonuclease activity; and selecting the NATNA that produces the highest fluorescence of the reaction mixture or the highest rate of increase in fluorescence of the reaction mixture as the optimal NATNA. In some embodiments, the at least one structure that inhibits cleavage of the substrate by an exonuclease is selected from a structure at each 3' end that inhibits cleavage by a 3'-5' exonuclease, a structure at each 5' end that inhibits cleavage by a 5'-3' exonuclease, or both of these structures. In some embodiments, the exonuclease is selected from exonuclease I, exonuclease III, exonuclease V, exonuclease VII, exonuclease VIII, T5 exonuclease, T7 exonuclease, lambda exonuclease, exonuclease T, BAL-31 exonuclease, RecJf exonuclease, RNase R, RNase II, RNase D, RNase T, RNase BN, RNase PH, exoribonuclease I, and exoribonuclease II. In some embodiments, the reaction mixture is simultaneously contacted with the endonuclease and the exonuclease. In some embodiments, the reaction mixture is first contacted with the endonuclease and then with the exonuclease.
[0023] В некоторых вариантах осуществления изобретения, никаких стадий очистки между контактированием реакционной смеси с эндонуклеазой и контактированием реакционной смеси с экзонуклеазой не проводят.[0023] In some embodiments of the invention, no purification steps are performed between contacting the reaction mixture with the endonuclease and contacting the reaction mixture with the exonuclease.
[0024] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза CRISPR представляет собой эндонуклеазу класса I (CASCADE), а субстрат содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ), и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3' и 5'-TTG-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза CRISPR представляет собой эндонуклеазу Cas9 или эндонуклеазу Cas12a, а субстрат содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5' -NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' и 5'-TTTV-3'. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA представляет собой руководящую РНК CRISPR, выбранную из одноцепочечной руководящей РНК и двухцепочечной руководящей РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит ск-РНК и tracr-PHK. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит область нацеливания, способную гибридизоваться с областью субстрата. В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA содержит нуклеотиды ДНК и РНК.[0024] In some embodiments, the CRISPR endonuclease is a class I endonuclease (CASCADE), and the substrate comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3', and 5'-TTG-3'. In some embodiments, the CRISPR endonuclease is Cas9 endonuclease or Cas12a endonuclease, and the substrate comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3', 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3', and 5'-TTTV-3'. In some embodiments, NATNA is a CRISPR guide RNA selected from a single-stranded guide RNA and a double-stranded guide RNA. In some embodiments, NATNA comprises scRNA and tracrRNA. In some embodiments, NATNA comprises a targeting region capable of hybridizing to a region of the substrate. In some embodiments of the invention, NATNA comprises DNA and RNA nucleotides.
[0025] В некоторых вариантах осуществления изобретения, структура, ингибирующая расщепление субстрата экзонуклеазой, выбрана из шпильки, выступающей цепи и модификации нуклеиновой кислоты. В некоторых вариантах осуществления изобретения, модификация нуклеиновой кислоты включает одну или более фосфортиоатных связей. В некоторых вариантах осуществления изобретения, модификация нуклеиновой кислоты включает 5 или более фосфортиоатных связей.[0025] In some embodiments, the structure that inhibits cleavage of the substrate by an exonuclease is selected from a hairpin, a protruding strand, and a nucleic acid modification. In some embodiments, the nucleic acid modification comprises one or more phosphorothioate linkages. In some embodiments, the nucleic acid modification comprises 5 or more phosphorothioate linkages.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
[0026] На фигуре 1 представлена диаграмма для субстрата и способа согласно изобретению.[0026] Figure 1 shows a diagram for a substrate and a method according to the invention.
[0027] На фигуре 2 проиллюстрировано экспериментальное подтверждение ценности флуоресцентного детектирования, ассоциированного с экзонуклеазой (Пример 2).[0027] Figure 2 illustrates experimental confirmation of the value of exonuclease-associated fluorescence detection (Example 2).
[0028] На фигуре 3 показано расщепление субстрата (фигура 1) эндонуклеазой Cas12a (Пример 3).[0028] Figure 3 shows the cleavage of the substrate (Figure 1) by the endonuclease Cas12a (Example 3).
[0029] На фигуре 4 показано экспериментальное определение линейного диапазона анализа в зависимости от концентрации RNP Cas12a (Пример 4).[0029] Figure 4 shows the experimental determination of the linear range of the assay as a function of Cas12a RNP concentration (Example 4).
[0030] На фигуре 5 проиллюстрировано экспериментальное подтверждение того, что экзонуклеаза, но не Cas12a, гидролизует ДНК (Пример 5).[0030] Figure 5 illustrates experimental confirmation that exonuclease, but not Cas12a, hydrolyzes DNA (Example 5).
[0031] На фигуре 6 показано экспериментальное определение линейного диапазона анализа в зависимости от концентрации субстрата ДНК (Пример 6).[0031] Figure 6 shows the experimental determination of the linear range of the assay as a function of DNA substrate concentration (Example 6).
[0032] На фигуре 7 представлена подробная схема меченного FAM субстрата для эндонуклеаз CRISPR.[0032] Figure 7 shows a detailed schematic of the FAM-labeled substrate for CRISPR endonucleases.
[0033] На фигуре 8 показано применение экзонуклеазного анализа для расщепления меченного FAM субстрата (фигура 7) эндонуклеазой Cas12a (Пример 9).[0033] Figure 8 shows the use of an exonuclease assay to cleave a FAM-labeled substrate (Figure 7) with the Cas12a endonuclease (Example 9).
[0034] На фигуре 9 показано применение экзонуклеазного анализа для расщепления меченного TAMRA субстрата эндонуклеазой Cas12a (Пример 10).[0034] Figure 9 shows the use of an exonuclease assay to cleave a TAMRA-labeled substrate with the Cas12a endonuclease (Example 10).
[0035] На фигуре 10 представлена схема субстратов, меченных FAM, с различным расположением флуорофора FAM.[0035] Figure 10 shows a schematic of FAM-labeled substrates with different arrangements of the FAM fluorophore.
[0036] На фигуре 11 показано применение экзонуклеазного анализа для расщепления различных меченных FAM субстратов (фигура 10) эндонуклеазой Cas12a (Пример 11).[0036] Figure 11 shows the use of an exonuclease assay to cleave various FAM-labeled substrates (Figure 10) with the Cas12a endonuclease (Example 11).
[0037] На фигуре 12 представлены систематизированные данные, показанные на фигуре 11.[0037] Figure 12 shows the data shown in Figure 11 in a systematic manner.
[0038] На фигуре 13 показана скорость изменения флуоресценции реакционных смесей (Пример 11).[0038] Figure 13 shows the rate of change of fluorescence of reaction mixtures (Example 11).
[0039] На фигуре 14 показано титрование экзонуклеазы в анализе, применяемом для расщепления нецелевого субстрата FAM эндонуклеазой Cas12a (пример 12).[0039] Figure 14 shows the titration of exonuclease in an assay used to cleave the non-targeted substrate FAM with the endonuclease Cas12a (Example 12).
[004 0] На фигуре 15 показано применение экзонуклеазного анализа для расщепления FAM-меченного субстрата эндонуклеазой Cas9 (Пример 13).[004 0] Figure 15 shows the use of an exonuclease assay to cleave a FAM-labeled substrate with Cas9 endonuclease (Example 13).
[0041] На фигуре 16 показано применение экзонуклеазного анализа для расщепления FAM-меченного субстрата рестриктирующими эндонуклеазами (Пример 14).[0041] Figure 16 shows the use of an exonuclease assay to cleave a FAM-labeled substrate with restriction endonucleases (Example 14).
Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention
[0042] Определения[0042] Definitions
[0043] Нижеследующие определения представлены для лучшего понимания сущности изобретения.[0043] The following definitions are provided for a better understanding of the essence of the invention.
[0044] Термин «эндонуклеаза» относится к ферменту, катализирующему гидролиз фосфодиэфирной связи между двумя нуклеозидными остатками внутри полинуклеотида (ДНК или РНК), в котором ни один нуклеозидный остаток не является концевым.[0044] The term "endonuclease" refers to an enzyme that catalyzes the hydrolysis of a phosphodiester bond between two nucleoside residues within a polynucleotide (DNA or RNA) in which neither nucleoside residue is terminal.
[0045] Термин «экзонуклеаза» относится к ферменту, катализирующему гидролиз фосфодиэфирной связи между концевым нуклеозидным остатком и предпоследним нуклеозидным остатком внутри полинуклеотида (ДНК или РНК). Экзонуклеазы могут быть процессивными или способными постадийно удалять множество нуклеозидных остатков с конца цепи нуклеиновой кислоты.[0045] The term "exonuclease" refers to an enzyme that catalyzes the hydrolysis of the phosphodiester bond between the terminal nucleoside residue and the penultimate nucleoside residue within a polynucleotide (DNA or RNA). Exonucleases can be processive or capable of stepwise removing multiple nucleoside residues from the end of a nucleic acid chain.
[0046] Термин «повтор CRISPR» или «последовательность повтора CRISPR» относится к минимальной последовательности повтора CRISPR.[0046] The term "CRISPR repeat" or "CRISPR repeat sequence" refers to the minimal CRISPR repeat sequence.
[0047] Термин «эндорибонуклеаза» относится к ферменту, катализирующему гидролиз фосфодиэфирной связи в РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндорибонуклеаза может представлять собой сайт-направленный полипептид. Эндорибонуклеаза может быть членом системы CRISPR (например, Типа I, Типа II, Типа III). Эндорибонуклеаза может относиться к суперсемейству белков, принадлежащих к прогностическому белку, ассоциированному с повторами (RAMP) (например, семейства Cas6, Cas6, Cas5). Эндорибонуклеазы также могут включать РНКазу А, РНКазу Н, РНКазу I, члены семейства РНКаз III (например, Drosha, Dicer, РНКазу N), РНКазу L, РНКазу Р, РНКазу PhyM, РНКазу Т1, РНКазу Т2, РНКазу U2, РНКазу VI, РНКазу V.[0047] The term "endoribonuclease" refers to an enzyme that catalyzes the hydrolysis of a phosphodiester bond in RNA. In some embodiments, the endoribonuclease may be a site-directed polypeptide. The endoribonuclease may be a member of the CRISPR system (e.g., Type I, Type II, Type III). The endoribonuclease may belong to the repeat-associated prognostic protein (RAMP) superfamily of proteins (e.g., the Cas6, Cas6, Cas5 families). Endoribonucleases may also include RNase A, RNase H, RNase I, members of the RNase III family (e.g., Drosha, Dicer, RNase N), RNase L, RNase P, RNase PhyM, RNase T1, RNase T2, RNase U2, RNase VI, RNase V.
[0048] Термин «ингибирование» относится к способности химической структуры частично или полностью ингибировать химическую реакцию. Специалисту в данной области известно, что частичное или полное ингибирование зависит от чувствительности методов детектирования. Термин «ингибирование расщепления» в отношении нуклеазы относится к способности заметно уменьшать количество продукта расщепления. Термин «предотвращение расщепления» в отношении нуклеазы относится к способности уменьшать количество продукта расщепления ниже уровня детектирования.[0048] The term "inhibition" refers to the ability of a chemical structure to partially or completely inhibit a chemical reaction. One skilled in the art recognizes that partial or complete inhibition depends on the sensitivity of the detection methods. The term "inhibition of cleavage" in relation to a nuclease refers to the ability to significantly reduce the amount of cleavage product. The term "prevention of cleavage" in relation to a nuclease refers to the ability to reduce the amount of cleavage product below the detection level.
[0049] Термин «NATNA» относится к нуклеиновой кислоте, нацеленной на другую нуклеиновую кислоту. NATNA может быть частью программируемой эндонуклеазной системы, такой как система CRISPR. NATNA может состоять из двух полинуклеотидов, нацеленных на нуклеиновую кислоту («двухчепочечной руководящей молекулы»), включая РНК CRISPR (cr-РНК) и трансактивирующую РНК CRISPR (tracr-PHK). NATNA может состоять из сконструированного полинуклеотида, нацеленного на одну нуклеиновую кислоту («одноцепочечной руководящей молекулы»), и содержащего cr-РНК и tracr-PHK, соединенные областью слияния (линкером). NATNA также может состоять из встречающейся в природе одноцепочечной руководящей РНК (например, руководящей РНК Cas12a). Cr-РНК может содержать нацеливающую область и активирующую область. Tracr-PHK может содержать область, способную гибридизоваться с активирующей областью cr-РНК. Термин «нецеливающая область» относится к области, которая способна гибридизоваться с последовательностью нуклеиновой кислоты-мишени. Термин «активирующая область» относится к области, которая взаимодействует с полипептидом, например, с нуклеазой CRISPR.[0049] The term "NATNA" refers to a nucleic acid that targets another nucleic acid. NATNA may be part of a programmable endonuclease system, such as the CRISPR system. NATNA may consist of two polynucleotides that target a nucleic acid ("double-stranded guide molecule"), including CRISPR RNA (crRNA) and CRISPR trans-activating RNA (tracrRNA). NATNA may consist of an engineered polynucleotide that targets a single nucleic acid ("single-stranded guide molecule") and contains crRNA and tracrRNA connected by a fusion region (linker). NATNA may also consist of a naturally occurring single-stranded guide RNA (e.g., Cas12a guide RNA). CrRNA may contain a targeting region and an activating region. TracrRNA may contain a region capable of hybridizing with the activating region of crRNA. The term "non-targeting region" refers to the region capable of hybridizing with the target nucleic acid sequence. The term "activating region" refers to the region that interacts with a polypeptide, such as the CRISPR nuclease.
[0050] Нуклеиновые кислоты, меченные донорным флуорофором и акцепторным флуорофором (или репортерным флуорофором и гасителем), представляют собой популярный тип зонда или ферментативного субстрата. Нуклеиновые кислоты, меченные флуорофором, являются популярным типом зонда или ферментативного субстрата. Особой популярностью пользуются зонды и субстраты, меченные двумя флуорофорами, образующими FRET-napy. Популярные типы зондов с двойной меткой включают зонды Taqman и Molecular Beacon.[0050] Nucleic acids labeled with a donor fluorophore and an acceptor fluorophore (or a reporter fluorophore and a quencher) are a popular type of probe or enzymatic substrate. Fluorophore-labeled nucleic acids are a popular type of probe or enzymatic substrate. Probes and substrates labeled with two fluorophores, forming a FRET nappy, are particularly popular. Popular types of dual-labeled probes include Taqman and Molecular Beacon probes.
[0051] В анализе Такмана (патент США №5210015), олигонуклеотидный зонд с двойной меткой гибридизуется с образующимся продуктом амплификации во время ПЦР. Флуоресценция обнаруживается в том случае, когда 5'-3'-экзонуклеазная активность ДНК-полимеразы гидролизует зонд между двумя флуорофорами.[0051] In the Taqman assay (US Patent No. 5,210,015), a dual-labeled oligonucleotide probe hybridizes to the resulting amplification product during PCR. Fluorescence is detected when the 5'-3' exonuclease activity of DNA polymerase hydrolyzes the probe between the two fluorophores.
[0052] Молекулярные маяки представляют собой зонды с двойной меткой в форме шпильки, в которых связывание зонда с мишенью приводит к раскручиванию шпильки. Такое раскручивание разделяет пару FRET, что позволяет обнаружить флуоресценцию донорного флуорофора. Tyagi S, et al., (1996) Molecular beacons: probes that fluoresce upon hybridization. Nat Biotechnol. 14(3):303.[0052] Molecular beacons are dual-labeled hairpin probes in which binding of the probe to the target results in unwinding of the hairpin. This unwinding separates the FRET pair, allowing detection of the fluorescence of the donor fluorophore. Tyagi S, et al., (1996) Molecular beacons: probes that fluoresce upon hybridization. Nat Biotechnol. 14(3):303.
[0 053] Субстраты нуклеиновых кислот, меченные двумя флуорофорами, образующими пару FRET и способными к передаче условной флуоресценции, могут быть использованы для обнаружения ферментативной активности in vitro. Ферментативная активность может указывать, например, на присутствие инфекционного агента в образце. Использование зондов, меченных флуорофором и флуорофором-гасителем, для обнаружения микробного загрязнения, описано в патенте США №10663459. Согласно этому методу, присутствие микроорганизма в образце приводит к расщеплению зонда одной или более нуклеазами (например, эндонуклеазами или экзонуклеазами). Все возможные расщепления приводят к физическому разделению флуорофора и гасителя и к испусканию детектируемой флуоресценции, которая указывает на присутствие микроорганизма в образце.[0 053] Nucleic acid substrates labeled with two fluorophores that form a FRET pair and are capable of transmitting conditional fluorescence can be used to detect enzymatic activity in vitro. Enzymatic activity can indicate, for example, the presence of an infectious agent in a sample. The use of probes labeled with a fluorophore and a quencher fluorophore to detect microbial contamination is described in U.S. Patent No. 10,663,459. According to this method, the presence of a microorganism in a sample results in cleavage of the probe by one or more nucleases (e.g., endonucleases or exonucleases). All possible cleavages result in physical separation of the fluorophore and quencher and the emission of detectable fluorescence, which indicates the presence of the microorganism in the sample.
[0054] Похожий принцип был использован в патенте США №10653800, где РНК-субстрат включает 2'-О-метилмодифицированные пиримидины и обладает уникальной чувствительностью к микоплазменной РНКазе. Субстрат метят флуорофором и гасителем. Присутствие микоплазмы в образце приводит к расщеплению зонда микоплазменной РНКазой и к испусканию детектируемой флуоресценции, что указывает на присутствие микоплазмы в образце.[0054] A similar principle was used in U.S. Patent No. 10,653,800, where the RNA substrate includes 2'-O-methyl-modified pyrimidines and has unique sensitivity to mycoplasma RNase. The substrate is labeled with a fluorophore and a quencher. The presence of mycoplasma in the sample leads to cleavage of the probe by mycoplasma RNase and the emission of detectable fluorescence, indicating the presence of mycoplasma in the sample.
[0055] Субстраты двухцепочечных нуклеиновых кислот, меченные флуорофором и гасителем, также были использованы для обнаружения специфической редактирующей активности эндонуклеаз CRISPR. Например, в публикации Smith et al., (202 0) Probing CRISPR-Cas12a Nuclease Activity Using Double-Stranded DNA-Templated Fluorescent Substrates, Biochemistry 59:1474, описано расщепление такого субстрата посредством транс-расщепляющей («транс-измельчающей») активности нуклеазы CRISPR Cas12a. Транс-измельчающая активность запускается связыванием комплекса Cas12a-cr-PHK с двухцепочечной ДНК-мишенью. Транс-расщепляющая нуклеазная активность направлена на любую двухцепочечную ДНК вблизи комплекса Cas12a-crHK-мишень. Измельчение субстрата, меченного флуорофором и гасителем, приводит к испусканию детектируемой флуоресценции, что свидетельствует об образовании комплекса Cas12a-crPHK-мишень в образце.[0055] Fluorophore- and quencher-labeled double-stranded nucleic acid substrates have also been used to detect the specific editing activity of CRISPR endonucleases. For example, Smith et al., (2020) Probing CRISPR-Cas12a Nuclease Activity Using Double-Stranded DNA-Templated Fluorescent Substrates, Biochemistry 59:1474, described the cleavage of such a substrate by the trans-cleavage (“trans-mincing”) activity of the CRISPR nuclease Cas12a. The trans-mincing activity is triggered by binding of the Cas12a-crRNA complex to a double-stranded DNA target. The trans-cleavage nuclease activity is directed at any double-stranded DNA in the vicinity of the Cas12a-crRNA-target complex. Milling of the fluorophore- and quencher-labeled substrate results in the emission of detectable fluorescence, indicating the formation of the Cas12a-crRNA-target complex in the sample.
[0056] Активность нуклеаз CRISPR-Cas обычно оценивают путем инкубирования рибонуклеопротеинового комплекса (RNP) с моделированным субстратом с последующим электрофорезом в агарозном геле для отделения отщепленных фрагментов от интактного субстрата. Этот подход имеет низкую производительность и обычно ограничивается анализом конечной точки и, таким образом, дает мало или вообще не дает информации о кинетике реакций.[0056] CRISPR-Cas nuclease activity is typically assessed by incubating the ribonucleoprotein (RNP) complex with a simulated substrate, followed by agarose gel electrophoresis to separate cleaved fragments from the intact substrate. This approach is low throughput and is typically limited to endpoint analysis, thus providing little or no information on reaction kinetics.
[0057] Для Cas12a также был описан флуоресцентный анализ, однако, этот анализ позволяет определять только неспецифическую транс-активность фермента Cas12a (см. Smith CW, Biochemistry. 2020, см. выше). Если RNP Cas12a взаимодействует с последовательностью-мишенью и расщепляет эту последовательность (цис-активность), то Cas12a активируется и осуществляет неспецифическое расщепление коротких фрагментов ДНК (транс-активность или активность «транс-измельчения»). Существует несколько ограничений по оценке гране-активности как индикатора цис-активности. Во-первых, точная корреляция между цис- и трансактивностью неизвестна. Во-вторых, суррогатный анализ дает ограниченную кинетическую информацию о цис-активности, поскольку две реакции выполняются одним и тем же ферментом и не могут быть разделены. И наконец, этот анализ не имеет общей применимости, поскольку многие эндонуклеазы не обладают транс-активностью.[0057] A fluorescence assay has also been described for Cas12a; however, this assay only measures the nonspecific trans activity of the Cas12a enzyme (see Smith CW, Biochemistry. 2020, supra). When the Cas12a RNP interacts with a target sequence and cleaves that sequence (cis activity), Cas12a is activated and nonspecifically cleaves short DNA fragments (trans activity or "trans-mincing" activity). There are several limitations to assessing facet activity as an indicator of cis activity. First, the precise correlation between cis and trans activity is unknown. Second, the surrogate assay provides limited kinetic information about cis activity because the two reactions are performed by the same enzyme and cannot be separated. Finally, this assay does not have general applicability because many endonucleases do not have trans activity.
[0058] Флуоресцентный анализ для оценки активности Cas9 был разработан в 2018 году (см. Seamon et al., (2018), Versatile High-Throughput Fluorescence Assay for Monitoring Cas9 Activity, Anal. Chem., 2018, 90, 11, 6913-6921). Однако, этот анализ обеспечивает только определение конечной точки, но не дает данных в реальном времени, поскольку он основан на денатурации субстрата ДНК после расщепления эндонуклеазой.[0058] A fluorescence assay for assessing Cas9 activity was developed in 2018 (see Seamon et al., (2018), Versatile High-Throughput Fluorescence Assay for Monitoring Cas9 Activity, Anal. Chem., 2018, 90, 11, 6913-6921). However, this assay only provides endpoint detection and does not provide real-time data, as it relies on denaturation of the DNA substrate after endonuclease digestion.
[0059] Настоящее изобретение позволяет устранить эти недостатки, что обеспечивает удобный анализ активности эндонуклеазы в реальном времени. Настоящее изобретение включает простой, высокопроизводительный флуоресцентный анализ в качестве инструмента оценки и контроля качества.[0059] The present invention overcomes these drawbacks, providing a convenient, real-time assay for endonuclease activity. The present invention includes a simple, high-throughput fluorescence assay as a quality assessment and control tool.
[0060] Настоящее изобретение дополнительно включает диагностический анализ специфической активности эндонуклеазы, который указывает на наличие диагностической мишени в образце.[0060] The present invention further includes a diagnostic assay for specific endonuclease activity that indicates the presence of a diagnostic target in a sample.
[0061] В некоторых своих вариантах, настоящее изобретение относится к молекуле-субстрату для обнаружения и оценки активности эндонуклеазы. Как показано на Фигуре 1, панель А, в некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат представляет собой нуклеиновую кислоту, имеющую по меньшей мере одну двухцепочечную область. В некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат является одноцепочечным. В некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат представляет собой двухцепочечную нуклеиновую кислоту, содержащую две цепи нуклеиновой кислоты, образующие дуплекс посредством гибридизации. В других вариантах осуществления изобретения, субстрат представляет собой одну цепь нуклеиновой кислоты, образующую вторичную структуру, содержащую двухцепочечную область, например, шпильку, посредством гибридизации.[0061] In some embodiments, the present invention provides a substrate molecule for detecting and assessing endonuclease activity. As shown in Figure 1, panel A, in some embodiments, the substrate is a nucleic acid having at least one double-stranded region. In some embodiments, the substrate is single-stranded. In some embodiments, the substrate is a double-stranded nucleic acid comprising two nucleic acid strands that form a duplex through hybridization. In other embodiments, the substrate is a single nucleic acid strand that forms a secondary structure comprising a double-stranded region, such as a hairpin, through hybridization.
Специалисту в данной области будет очевидно, что гибридизация и образование двухцепочечной области не требуют 100% комплементарности по длине цепей нуклеиновой кислоты. В подходящих условиях, определяемых ионной силой буфера и температурой, может образовываться стабильный гибрид (двухцепочечная область) с комплементарностью между двумя цепями нуклеиновой кислоты, составляющей менее 100%, например, 90%, 80%, 75% или менее.It will be apparent to those skilled in the art that hybridization and double-stranded region formation do not require 100% complementarity along the length of the nucleic acid strands. Under suitable conditions, determined by the ionic strength of the buffer and temperature, a stable hybrid (double-stranded region) can be formed with complementarity between the two nucleic acid strands that is less than 100%, such as 90%, 80%, 75%, or less.
[0062] Как далее видно на фигуре 1, субстрат нуклеиновой кислоты содержит донорный флуорофор и акцепторный флуорофор (или репортерный флуорофор и флуорофор-гаситель), причем указанные флуорофоры образуют пару для переноса резонансной энергии флуоресценции (FRET).[0062] As further shown in Figure 1, the nucleic acid substrate comprises a donor fluorophore and an acceptor fluorophore (or a reporter fluorophore and a quencher fluorophore), wherein said fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair.
[0063] Флуорофор и гаситель могут находиться в различных участках на субстрате двухцепочечной нуклеиновой кислоты. Кроме того, можно использовать более, чем один флуорофор. Как показано на фигуре 10, флуорофор и гаситель могут быть расположены на цепи-мишени, на нецелевой цепи, а также на цепи-мишени и на нецелевой цепи.[0063] The fluorophore and quencher may be located at different locations on the double-stranded nucleic acid substrate. In addition, more than one fluorophore may be used. As shown in Figure 10, the fluorophore and quencher may be located on the target strand, on the non-target strand, or on both the target strand and the non-target strand.
[0064] Перенос резонансный энергии флуоресценции (FRET), также известный как перенос резонансный энергии Foerster (или Форстера), представляет собой передачу энергии возбуждения от одной молекулы к другой без флуоресценции и повторного поглощения. Донорный хромофор переходит в электронно-возбужденное состояние после поглощения света на определенной длине волны. Донор передает энергию акцептору, и акцептор переходит в электронно-возбужденное состояние. Впоследствии, электронно-возбужденное состояние акцептора затухает, в результате чего испускается детектируемый свет. оскольку акцептор уменьшает или гасит флуоресценцию донора, то его иногда называют гасителем. Донор иногда называют репортером. В традиционной технологии FRET, донор и акцептор являются флуорофорами. Донорный флуорофор поглощает свет на определенной длине волны поглощения, а акцептор излучает свет на определенной длине волны излучения, которая длиннее длины волны поглощения. FRET возникает в том случае, когда донор и акцептор находятся в непосредственной близости друг от друга (например, на рссстоянии 1-10 нм). В некоторых вариантах осуществления изобретения, донорный флуорофор и акцепторный флуорофор расположены на расстоянии от 0 до 12 нуклеотидов друг от друга. Донорный флуорофор и акцепторный флуорофор размещаются на одной цепи субстрата или на разных (противоположных) цепях субстрата. Либо донор, либо акцептор, либо и донор и акцептор могут находиться вблизи от конца цепи нуклеиновой кислоты, например, 5'-конца или 3'-конца. Донорный и акцепторный флуорофоры могут находиться на одной цепи или на противоположных нитях. Специалист в данной области может легко определить различные варианты размещения донорного флуорофора и акцепторного флуорофора (или репортерного флуорофора и гасителя) внутри двухцепочечного субстрата так, чтобы достичь желаемой близости флуорофоров (например, 1-10 нм).[0064] Fluorescence resonance energy transfer (FRET), also known as Foerster resonance energy transfer, is the transfer of excitation energy from one molecule to another without fluorescence or reabsorption. A donor chromophore is converted to an electronically excited state after absorbing light at a specific wavelength. The donor transfers energy to an acceptor, and the acceptor becomes electronically excited. Subsequently, the acceptor's electronically excited state decays, resulting in the emission of detectable light. Because the acceptor reduces or quenches the fluorescence of the donor, it is sometimes called a quencher. The donor is sometimes called a reporter. In traditional FRET technology, the donor and acceptor are fluorophores. The donor fluorophore absorbs light at a specific absorption wavelength, and the acceptor emits light at a specific emission wavelength that is longer than the absorption wavelength. FRET occurs when the donor and acceptor are in close proximity to each other (e.g., 1-10 nm apart). In some embodiments, the donor fluorophore and acceptor fluorophore are located 0 to 12 nucleotides apart. The donor fluorophore and acceptor fluorophore are located on the same strand of the substrate or on different (opposite) strands of the substrate. Either the donor, the acceptor, or both can be located near the end of a nucleic acid strand, such as the 5' end or 3' end. The donor and acceptor fluorophores can be located on the same strand or on opposite strands. One skilled in the art can easily determine various arrangements of the donor fluorophore and acceptor fluorophore (or reporter fluorophore and quencher) within the double-stranded substrate to achieve the desired proximity of the fluorophores (e.g., 1-10 nm).
[0065] В существующей литературе имеется достаточно рекомендаций по выбору соответствующих пар репортер-гаситель, способных к FRET, см., например, патенты США №5538848; 8350038; и 8137616. Обычно, как рекомендовано в публикации заявки на патент США US20060088855, донорные флуорофоры поглощают энергию в диапазоне 350-800 нм, предпочтительно 350-600 нм или 500-750 нм, а расстояние между донором и акцептором составляет от 10 до 100 ангстрем. См. также Pesce et al., eds., Fluorescence Spectroscopy (Marcel Dekker, New York, 1971); White et al., Fluorescence Analysis: A Practical Approach (Marcel Dekker, New York, 1970); Berlman, Handbook of Fluorescence Spectra of Aromatic Molecules, 2nd Edition (Academic Press, New York, 1971); Griffiths, Color and Constitution of Organic Molecules (Academic Press, New York, 1976); Bishop, editor, Indicators (Pergamon Press, Oxford, 1972); Haugland, Handbook of Fluorescent Probes and Research Chemicals (Molecular Probes, Eugene, 1992); Pringsheim, Fluorescence and Phosphorescence (Interscience Publishers, New York, 1949); и т.п.[0065] There is ample guidance in the existing literature for selecting appropriate FRET-capable reporter-quencher pairs, see, for example, U.S. Patent Nos. 5,538,848; 8,350,038; and 8,137,616. Typically, as recommended in U.S. Patent Application Publication US20060088855, donor fluorophores absorb energy in the range of 350-800 nm, preferably 350-600 nm or 500-750 nm, and the distance between the donor and acceptor is from 10 to 100 angstroms. See also Pesce et al., eds., Fluorescence Spectroscopy (Marcel Dekker, New York, 1971); White et al., Fluorescence Analysis: A Practical Approach (Marcel Dekker, New York, 1970); Berlman, Handbook of Fluorescence Spectra of Aromatic Molecules, 2nd Edition (Academic Press, New York, 1971); Griffiths, Color and Constitution of Organic Molecules (Academic Press, New York, 1976); Bishop, editor, Indicators (Pergamon Press, Oxford, 1972); Haugland, Handbook of Fluorescent Probes and Research Chemicals (Molecular Probes, Eugene, 1992); Pringsheim, Fluorescence and Phosphorescence (Interscience Publishers, New York, 1949); etc.
[0066] Многие доноры, акцепторы и пары донор/акцептор, демонстрирующие феномен FRET, являются коммерчески доступными. Хорошо известные доноры включают флуоресцеиновые красители, такие как 5-карбоксифлуоресцеин (5-FAM), 6-карбоксифлуоресцеин (6-FAM), 2',4',1,4,-тетрахлорфлуоресцеин (ТЕТ), 2',4',5', 7',1,4-гексахлорфлуоресцеин (HEX) и 2',7'-диметокси-4',5'-дихлор-6-карбоксифлуоресцеин (JOE). Другие доноры включают кумариновые красители, семейство красителей Alexa Fluor, IRDye 800CW, каскадный синий, краситель Pacific Blue, оранжевый краситель Pacific Orange и техасский красный. Хорошо известные акцепторы включают родаминовые красители, такие как тетраметил-6-карбоксирродамин (TAMRA) и тетрапропано-6-карбоксирродамин (ROX), DABSYL, DABCYL, цианиновые красители, включая Су5 и Су5.5, антрахинон, нитротиазол и соединения нитроимидазола. Дополнительными акцепторами являются LC-Red 610, LC-Red 64 0, LC-Red 705, JA286, DDQ-I, DDQ-II, QSY-7, QSY-21, IRDye QC1, Iowa Black FQ и Iowa Black RQ, и сульфированные цианиновые красители, описанные в патенте США №6027709. Хорошо известные донорно-акцепторные комбинации включают флуоресцеин/родамин, а в частности, карбоксифлуоресцеин/тетраметилродамин (FAM/TAMRA). TAMRA в качестве гасителя также может сочетаться с такими донорами, как HEX (гексахлорфлуоресцеин), ТЕТ (тетрахлорфлуоресцеин), JOE (5'-дихлордиметоксифлуоресцеин) и цианиновыми красителями. Другая пара донор/акцептор раскрыта в патенте США №97967 6 и состоит из окисленной формы первого флуорофора на основе карба-NADH и второго флуорофора, который возбуждается под действием света на длине волны 445-540 нм и имеет максимальную энергию излучения более, чем 560 нм.[0066] Many donors, acceptors, and donor/acceptor pairs that exhibit the FRET phenomenon are commercially available. Well-known donors include fluorescein dyes such as 5-carboxyfluorescein (5-FAM), 6-carboxyfluorescein (6-FAM), 2',4',1,4,-tetrachlorofluorescein (TET), 2',4',5',7',1,4-hexachlorofluorescein (HEX), and 2',7'-dimethoxy-4',5'-dichloro-6-carboxyfluorescein (JOE). Other donors include coumarin dyes, the Alexa Fluor family of dyes, IRDye 800CW, Cascade Blue, Pacific Blue, Pacific Orange, and Texas Red. Well-known acceptors include rhodamine dyes such as tetramethyl-6-carboxyrrhodamine (TAMRA) and tetrapropano-6-carboxyrrhodamine (ROX), DABSYL, DABCYL, cyanine dyes including Cy5 and Cy5.5, anthraquinone, nitrothiazole, and nitroimidazole compounds. Additional acceptors include LC-Red 610, LC-Red 64 0, LC-Red 705, JA286, DDQ-I, DDQ-II, QSY-7, QSY-21, IRDye QC1, Iowa Black FQ, and Iowa Black RQ, and the sulfonated cyanine dyes described in U.S. Patent No. 6,027,709. Well-known donor-acceptor combinations include fluorescein/rhodamine, and in particular carboxyfluorescein/tetramethylrhodamine (FAM/TAMRA). TAMRA as a quencher can also be combined with donors such as HEX (hexachlorofluorescein), TET (tetrachlorofluorescein), JOE (5'-dichlorodimethoxyfluorescein), and cyanine dyes. Another donor/acceptor pair is disclosed in U.S. Patent No. 97,967 6 and consists of an oxidized form of a first carba-NADH-based fluorophore and a second fluorophore that is excited by light at a wavelength of 445-540 nm and has a peak emission energy greater than 560 nm.
[0067] Другой группой флуоресцентных соединений являются нафтиламины, имеющие аминогруппу в альфа- или бета-положении. К таким нафтиламино-соединениям относятся 1-диметиламинонафтил-5-сульфонат, 1-анилино-8-нафталинсульфонат и 2-п-толуидинил-6-нафталинсульфонат.Другие красители включают 3-фенил-7-изоцианатокумарин, акридины, такие как 9-изотиоцианатоакридин и акридиновый оранжевый; N-(п-(2-бензоксазолил)фенил)малеимид; бензоксадиазолы, стильбены и пирены.[0067] Another group of fluorescent compounds are the naphthylamines, which have an amino group in the alpha or beta position. Such naphthylamino compounds include 1-dimethylaminonaphthyl 5-sulfonate, 1-anilino-8-naphthalenesulfonate, and 2-p-toluidinyl-6-naphthalenesulfonate. Other dyes include 3-phenyl-7-isocyanatocoumarin, acridines such as 9-isothiocyanatoacridine and acridine orange; N-(p-(2-benzoxazolyl)phenyl)maleimide; benzoxadiazoles, stilbenes, and pyrenes.
[0068] К другой категории флуорофоров относятся красители BODIPY®, описанные в патенте США №5994063. «BODIPY®» относится к классу модифицированных спектрально различающихся флуорофоров, в которых исходная гетероциклическая молекула представляет собой соединение дифторида дипиррометенбора. Большинство флуорофоров BODIPY® имеют максимальное поглощение приблизительно от 450 до 700 и максимальное излучение приблизительно от 450 до 700. Примерами являются BODIPY® 503/512-SE (4, 4-дифтор-5,7-диметил-4 -бора-За,4а-диаза-з-индацен-3-пропионовая кислота), BODIPY®523/547 (4,4-дифтор-5-фенил-4-бора-3,4а-диаза-з-индацен-3-пропионовая кислота), BODIPY® 530/550 (4, 4-дифтор-5,7-дифенил-4-бора-За,4а-диаза-з-индацен-3-пропионовая кислота), BODIPY® 558/568 (4,4-дифтор-5-(2-тиенил)-4-бора-За,4а-диаза-s-индацен-3-пропионовая кислота), BODIPY® 564/570 (4,4-дифтор-5-стирил-4-бора-За,4а-диаза-з-индацен-3-пропионовая кислота), BODIPY® 576/589 (4,4-дифтор-5-(2-пирролил)-4-бора-3,4а-диаза-s-индацен-3-пропионовая кислота) и BODIPY® 581/591 (4,4-дифтор-5-(4-фенил-1,3-бутадиенил)-4-бора-3,4 а-диаза-s-индацен-3-пропионовая кислота).[0068] Another category of fluorophores includes the BODIPY® dyes described in U.S. Patent No. 5,994,063. "BODIPY®" refers to a class of modified spectrally distinct fluorophores in which the parent heterocyclic molecule is a dipyrrometheneboron difluoride compound. Most BODIPY® fluorophores have a maximum absorption between approximately 450 and 700 and a maximum emission between approximately 450 and 700. Examples are BODIPY® 503/512-SE (4, 4-difluoro-5,7-dimethyl-4-bora-3a,4a-diaza-3-indacene-3-propionic acid), BODIPY® 523/547 (4,4-difluoro-5-phenyl-4-bora-3,4a-diaza-3-indacene-3-propionic acid), BODIPY® 530/550 (4, 4-difluoro-5,7-diphenyl-4-bora-3a,4a-diaza-3-indacene-3-propionic acid), BODIPY® 558/568 (4,4-difluoro-5-(2-thienyl)-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene-3-propionic acid), BODIPY® 564/570 (4,4-difluoro-5-styryl-4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene-3-propionic acid), BODIPY® 576/589 (4,4-difluoro-5-(2-pyrrolyl)-4-bora-3,4a-diaza-s-indacene-3-propionic acid) and BODIPY® 581/591 (4,4-difluoro-5-(4-phenyl-1,3-butadienyl)-4-bora-3,4a-diaza-s-indacene-3-propionic acid).
[0069] Одним из типов гасителей являются «темновые гасители». Эти нефлуоресцентные акцепторы обеспечивают низкую фоновую флуоресценцию и таким образом повышают чувствительность анализа. При использовании темнового гасителя, донорный флуорофор не излучает свет до тех пор, пока гаситель не будет удален от донора. Например, если донор и гаситель конъюгированы с олигонуклеотидом, то флуоресценция донора может возникнуть только тогда, когда гаситель удаляется путем гидролиза олигонуклеотида нуклеазой. Одним из примеров темнового гасителя является DABCYL (4-[[4-(диметиламино)фенил]азо]бензойная кислота), который гасит донорные красители в диапазоне от 380 до 530 нм. Еще одним темновым гасителем является гаситель Eclipse (4 -[[2-хлор-4-нитрофенил]азо]анилин (поставляется от Epoch Biosciences, Inc.), который имеет максимум поглощения на 530 нм и осуществляет эффективное гашение в спектре от 520 до 670 нм. Еще одна категория темновых гасителей представляет собой гасители черных дыр, такие как BHQ-1([(4-(2-нитро-4-метил-фенил)-азо)-ил-((2-метокси-5-метил-фенил)-азо)]-анилин) и BHQ-2 ([(4-(1-нитрофенил)-азо)-ил-((2,5-диметокси-фенил)-азо)]-анилин) (все они поставляются Biosearch Technologies, Inc.).[0069] One type of quencher is a "dark quencher." These non-fluorescent acceptors provide low background fluorescence and thus increase the sensitivity of the assay. When using a dark quencher, the donor fluorophore does not emit light until the quencher is removed from the donor. For example, if the donor and quencher are conjugated to an oligonucleotide, the donor fluorescence can only occur when the quencher is removed by hydrolysis of the oligonucleotide with a nuclease. One example of a dark quencher is DABCYL (4-[[4-(dimethylamino)phenyl]azo]benzoic acid), which quenches donor dyes in the range of 380 to 530 nm. Another dark quencher is Eclipse quencher (4-[[2-chloro-4-nitrophenyl]azo]aniline (available from Epoch Biosciences, Inc.), which has an absorption maximum at 530 nm and provides efficient quenching in the spectrum from 520 to 670 nm. Another category of dark quenchers are black hole quenchers such as BHQ-1([(4-(2-nitro-4-methyl-phenyl)-azo)-yl-((2-methoxy-5-methyl-phenyl)-azo)]-aniline) and BHQ-2 ([(4-(1-nitrophenyl)-azo)-yl-((2,5-dimethoxy-phenyl)-azo)]-aniline) (all available from Biosearch Technologies, Inc.).
[0070] Другой тип гасителя включает производные пиридинилизохинолиндиона, раскрытые в патенте США №8350038. Эти соединения характеризуются низким фоновым сигналом и высокой эффективностью гашения. Еще одной категорией гасителей являются нефлуоресцентные цианиновые соединения-гасители, присоединенные к основанию нуклеотида посредством линкерного соединения, как описано в патенте США №6348596. Еще одной категорией гасителей являются слаболюминесцентные цианины, которые замещены одним или более гетероароматическими гасящими фрагментами, раскрытыми в патенте США №8093411. Эти гасители проявляют слабую люминесценцию, или практически не проявляют заметной люминесценции и эффективно гасят люминесцентные соединения широкого спектра.[0070] Another type of quencher includes the pyridinylisoquinolinedione derivatives disclosed in U.S. Patent No. 8,350,038. These compounds are characterized by low background signal and high quenching efficiency. Another category of quenchers are non-fluorescent cyanine quencher compounds attached to a nucleotide base via a linker compound, as described in U.S. Patent No. 6,348,596. Another category of quenchers are weakly luminescent cyanines that are substituted with one or more heteroaromatic quencher moieties, disclosed in U.S. Patent No. 8,093,411. These quenchers exhibit weak luminescence, or virtually no detectable luminescence, and effectively quench a broad spectrum of luminescent compounds.
[0071] Специалистам в данной области известны способы синтеза олигонуклеотидов и ковалентного присоединения флуорофоров к нуклеиновым кислотам. См., например, патенты США №3996345; 4351760; 4757141; 4739044; 4997928; 5538848; 5188934; 5231191; и 7759469; и публикации Eckstein, ed., Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach (IRL Press, Oxford, 1991); Zuckerman et al., Nucleic Acids Research, 15: 5305-5321 (1987) (З'-тиоловая группа на олигонуклеотиде); Sharma et al., Nucleic Acids Research, 19:3019 (1991) (3'-сульфгидрил); Giusti et al., PCR Methods and Applications, 2:223-227 (1993); Agrawal et al., Tetrahedron Letters, 31:1543-1546 (1990) (присоединение посредством фосфорамидатных связей); Sproat et al., Nucleic Acids Research, 15:4837 (1987) (5'-меркаптогруппа); Nelson et al., Nucleic Acids Research, 17:7187-7194 (1989) (3'-аминогруппа). Для синтеза меченых зондов нуклеиновой кислоты могут быть использованы функциональные группы и связывающие фрагменты. Обычно, предварительно синтезированные нуклеотиды, меченные флуорофором, вводят в олигонуклеотид с применением стандартного химического метода на основе фосфорамидита. Путем включения таких нуклеотидов в нужное положение олигонуклеотида, донорные и акцепторные флуорофоры могут быть включены в любое внутреннее или концевое положение олигонуклеотида. В предварительно синтезированных нуклеотидах, меченных флуорофором, метка может быть связана с функциональной группой, присоединенной, например, к аминогруппе основания нуклеотида. В других вариантах осуществления изобретения, метку присоединяют к части нуклеотида посредством связывающего фрагмента. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения, нуклеотидное основание модифицируют для обеспечения возможности конъюгирования с меткой. Например, в патенте США №7759469 раскрываются замещенные нитроиндольные нуклеотиды, которые могут быть конъюгированы с флуорофором.[0071] Methods for synthesizing oligonucleotides and covalently attaching fluorophores to nucleic acids are known to those skilled in the art. See, e.g., U.S. Patents 3,996,345; 4,351,760; 4,757,141; 4,739,044; 4,997,928; 5,538,848; 5,188,934; 5,231,191; and 7,759,469; and Eckstein, ed., Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach (IRL Press, Oxford, 1991); Zuckerman et al., Nucleic Acids Research, 15: 5305-5321 (1987) (3'-thiol group on oligonucleotide); Sharma et al., Nucleic Acids Research, 19:3019 (1991) (3'-sulfhydryl); Giusti et al., PCR Methods and Applications, 2:223-227 (1993); Agrawal et al., Tetrahedron Letters, 31:1543-1546 (1990) (attachment via phosphoramidate linkages); Sproat et al., Nucleic Acids Research, 15:4837 (1987) (5'-mercapto group); Nelson et al., Nucleic Acids Research, 17:7187-7194 (1989) (3'-amino group). Functional groups and linking moieties can be used to synthesize labeled nucleic acid probes. Typically, presynthesized fluorophore-labeled nucleotides are incorporated into an oligonucleotide using standard phosphoramidite chemistry. By incorporating such nucleotides into the desired position of the oligonucleotide, donor and acceptor fluorophores can be incorporated into any internal or terminal position of the oligonucleotide. In presynthesized fluorophore-labeled nucleotides, the label can be linked to a functional group attached, for example, to the amino group of the nucleotide base. In other embodiments, the label is attached to a portion of the nucleotide via a linker moiety. For example, in some embodiments, the nucleotide base is modified to allow conjugation with a label. For example, U.S. Patent No. 7,759,469 discloses substituted nitroindole nucleotides that can be conjugated with a fluorophore.
[0072] В некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты имеет длину приблизительно от 10 до приблизительно 90 пар оснований. Например, для эндонуклеазы Cas12a, субстрат имеет длину от 35 до 90 пар оснований и может содержать РАМ (5 нуклеотидов), спейсер (20 нуклеотидов), защиту концов (5 нуклеотидов на каждом конце), с добавлением до 35 пар оснований. В целом, эндонуклеазы имеют разные размеры и структуры последовательностей распознавания.[0072] In some embodiments of the invention, the double-stranded nucleic acid substrate has a length of about 10 to about 90 base pairs. For example, for the Cas12a endonuclease, the substrate has a length of 35 to 90 base pairs and may contain a PAM (5 nucleotides), a spacer (20 nucleotides), an end protector (5 nucleotides at each end), with the addition of up to 35 base pairs. In general, endonucleases have different sizes and structures of recognition sequences.
Следовательно, для каждой тестируемой эндонуклеазы, оптимальную длину субстрата можно определить путем вычисления, показанного выше. Оптимальную длину и последовательность можно определить in silico или вычислить эмпирически. Такая оптимальная длина обеспечивает наиболее эффективное расщепление эндонуклеазой без стерических затруднений и при этом не является избыточной. Чрезмерная длина связана с высокой стоимостью производства и требует введения дополнительных единиц экзонуклеазы и дополнительного времени для выполнения описанного здесь способа. При выборе оптимальной длины субстрата двухцепочечной нуклеиновой кислоты для каждой тестируемой эндонуклеазы можно учитывать одно или более таких соображений.Therefore, for each endonuclease tested, the optimal substrate length can be determined using the calculation shown above. The optimal length and sequence can be determined in silico or calculated empirically. This optimal length ensures the most efficient cleavage by the endonuclease without steric hindrance and is not excessive. Excessive length is associated with high production costs and requires the introduction of additional exonuclease units and additional time to complete the method described here. When selecting the optimal double-stranded nucleic acid substrate length for each endonuclease tested, one or more of these considerations can be taken into account.
[0073] В некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат нуклеиновой кислоты согласно изобретению включает химические модификации. В некоторых вариантах осуществления изобретения, модификация повышает стабильность дуплекса нуклеиновой кислоты. В некоторых вариантах осуществления изобретения, модификация придает резистентность к расщеплению нуклеазой или к ингибированию нуклеаз. В некоторых вариантах осуществления изобретения, модификация придает резистентность к расщеплению экзонуклеазами или ингибированию экзонуклеаз.[0073] In some embodiments, a nucleic acid substrate of the invention includes chemical modifications. In some embodiments, the modification increases the stability of the nucleic acid duplex. In some embodiments, the modification confers resistance to nuclease digestion or nuclease inhibition. In some embodiments, the modification confers resistance to exonuclease digestion or exonuclease inhibition.
[0074] В некоторых вариантах осуществления изобретения, модификация представляет собой модификацию остова. Одним из типов модификации остова является модифицированная межнуклеозидная связь. Например, модификация включает фосфортиоатные связи и межнуклеозидные связи гетероатомов.[0074] In some embodiments, the modification is a backbone modification. One type of backbone modification is a modified internucleoside linkage. For example, the modification includes phosphorothioate linkages and internucleoside linkages of heteroatoms.
[0075] Другим типом модификации остова является модификация сахарного фрагмента. В некоторых вариантах осуществления изобретения, модификация включает включение 6-членного морфолинового кольца вместо рибозного или дезоксирибозного кольца. Другая модификация остова включает введение циклогексенильного кольца вместо рибозы или дезоксирибозы (ceNA). Еще одна модификация остова включает введение блокированных нуклеиновых кислот (LNA), в которых 2'-гидроксильная группа связана с 4'-атомом углерода рибозы с образованием бициклической структуры, имеющей 2'-С,4'-С-оксиметиленовую связь. LNA характеризуются дуплексной стабильностью и резистентностью к расщеплению 3'-5' экзонуклеазой.[0075] Another type of backbone modification is modification of the sugar moiety. In some embodiments, the modification includes the inclusion of a 6-membered morpholine ring in place of the ribose or deoxyribose ring. Another backbone modification includes the introduction of a cyclohexenyl ring in place of ribose or deoxyribose (ceNA). Another backbone modification includes the introduction of locked nucleic acids (LNA), in which the 2'-hydroxyl group is linked to the 4'-carbon atom of ribose to form a bicyclic structure having a 2'-C,4'-C-oxymethylene linkage. LNA are characterized by duplex stability and resistance to 3'-5' exonuclease cleavage.
[0076] В некоторых вариантах осуществления изобретения, модификация представляет собой модификацию азотистого основания. Например, субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты может включать один или более из 5-метилцитозина (5-те-С), 5-гидроксиметилцитозина, ксантина, гипоксантина, 2-аминоаденина, 6-метила и другие алкильные производные аденина и гуанина, 2-пропил и другие алкилпроизводные аденина и гуанина, 2-тиоурацил, 2-тиотимин и 2-тиоцитозин, 5-галурацил и цитозин, 5-пропинил(-С=С-СНЗ)урацил и цитозин и другие алкинильные производные пиримидиновых оснований, 6-азоурацил, цитозин и тимин, 5-урацил (псевдоурацил), 4-тиоурацил, 8-галоген, 8-амино, 8-тиол, 8-тиоалкил, 8-гидроксил и другие 8-замещенные аденины и гуанины, 5-галоген, в частности 5-бром, 5-трифторметил и другие 5-замещенные урацилы и цитозины, 7-метилгуанин и 7-метиладенин, 2-F-аденин, 2-аминоаденин, 8-азагуанин и 8-азааденин, 7-деазагуанин и 7-деазааденин, 3-деазааденин и 3-деазааденин. Модифицированные азотистые основания могут включать трициклические пиримидины, такие как феноксазинцитидин(1Н-пиримидо(5,4-b,4)бензоксазин-2(3)-он), фенотиазинцитидин (1Н-пиримидо(5,4-b(1,4)бензотиазин-2(3)-он), G-комплексы, такие как замещенный феноксазин-цитидин (например, 9-(2-аминоэтокси)-Н-пиримидо(5,4-(b)(1,4)бензоксазин)-2(3)-он), карбазолцитидин (2Н-пиримидо(4,5-b)индол-2-он), пиридоиндолцитидин (Н-пиридо(3',2':4,5)пирроло(2,3-)г)римидин-2-он), 7-деазааденин, 7-деазагуанозин, 2-аминопиридин и 2-пиридон. Азотистые основания могут оказаться полезными для повышения аффинности связывания полинуклеотидного соединения. Они могут включать 5-замещенные пиримидины, 6-азапиримидины и N-2-, N-6- и 0-6-замещенные пурины, включая 2-аминопропиладенин, 5-пропинилурацил и 5-пропинилцитозин. Замены 5-метилцитозина могут повышать стабильность дуплекса нуклеиновой кислоты на 0,6-1,2° и могут оказаться подходящими заменами оснований (например, в сочетании с модификациями 2'-0-метоксиэтилсахара).[0076] In some embodiments, the modification is a modification of a nitrogenous base. For example, the double-stranded nucleic acid substrate may include one or more of 5-methylcytosine (5-te-C), 5-hydroxymethylcytosine, xanthine, hypoxanthine, 2-aminoadenine, 6-methyl and other alkyl derivatives of adenine and guanine, 2-propyl and other alkyl derivatives of adenine and guanine, 2-thiouracil, 2-thiothymine and 2-thiocytosine, 5-haluracil and cytosine, 5-propynyl (-C=C-CH3)uracil and cytosine and other alkynyl derivatives of pyrimidine bases, 6-azouracil, cytosine and thymine, 5-uracil (pseudouracil), 4-thiouracil, 8-halogen, 8-amino, 8-thiol, 8-thioalkyl, 8-hydroxyl and other 8-substituted adenines and guanines, 5-halogen, in particular 5-bromo, 5-trifluoromethyl and other 5-substituted uracils and cytosines, 7-methylguanine and 7-methyladenine, 2-F-adenine, 2-aminoadenine, 8-azaguanine and 8-azaadenine, 7-deazaguanine and 7-deazaadenine, 3-deazaadenine and 3-deazaadenine. Modified nucleobases may include tricyclic pyrimidines such as phenoxazine cytidine (1H-pyrimido(5,4-b,4)benzoxazin-2(3)-one), phenothiazine cytidine (1H-pyrimido(5,4-b(1,4)benzothiazin-2(3)-one), G-complexes such as substituted phenoxazine cytidine (e.g., 9-(2-aminoethoxy)-H-pyrimido(5,4-(b)(1,4)benzoxazine)-2(3)-one), carbazole cytidine (2H-pyrimido(4,5-b)indol-2-one), pyridoindol cytidine (H-pyrido(3',2':4,5)pyrrolo(2,3-)g)rimidin-2-one), 7-deazaadenine, 7-deazaguanosine, 2-aminopyridine, and 2-pyridone. Nitrogenous bases may be useful for enhancing the binding affinity of a polynucleotide compound. These may include 5-substituted pyrimidines, 6-azapyrimidines, and N-2-, N-6-, and O-6-substituted purines, including 2-aminopropyladenine, 5-propynyluracil, and 5-propynylcytosine. Substitutions of 5-methylcytosine can increase nucleic acid duplex stability by 0.6–1.2° and may be suitable base substitutions (e.g., in combination with modifications of the 2'-0-methoxyethyl sugar).
[0077] Специалисту в данной области будет очевидно, что модификации нуклеиновой кислоты не следует включать в сайт распознавания тестируемой эндонуклеазы, если такая модификация может препятствовать активности эндонуклеазы, если только не было установлено, что эндонуклеаза не ингибируется такой модификацией. Аналогичным образом, специалисту в данной области будет очевидно, что модификации нуклеиновых кислот, которые, как известно, ингибируют расщепление экзонуклеазой, не должны быть включены в часть субстрата, расположенного между сайтом распознавания эндонуклеазы и флуорофором, чтобы не блокировать или не ингибировать эффективность описанного здесь способа.[0077] It will be apparent to one skilled in the art that nucleic acid modifications should not be included in the recognition site of the endonuclease being tested if such modification may interfere with the activity of the endonuclease, unless it has been established that the endonuclease is not inhibited by such modification. Similarly, it will be apparent to one skilled in the art that nucleic acid modifications that are known to inhibit exonuclease cleavage should not be included in the portion of the substrate located between the endonuclease recognition site and the fluorophore, so as not to block or inhibit the effectiveness of the method described herein.
[0078] В способах и в композициях, описанных в настоящей заявке, используется экзонуклеаза. Экзонуклеазы известны специалистам в данной области, и многие из них являются коммерчески доступными, см., например, Lovett S. Т. (2011). The DNA Exonucleases of Escherichia coli. EcoSal Plus, 4(2) and Shevelev, I., Hiibscher, U. (2002) The 3'-5' exonucleases. Nat Rev Mol Cell Biol 3, 364-376. Многие экзонуклеазы поставляются от New England Biolabs (Ipswich, Mass.). Например, экзонуклеаза I, экзонуклеаза T и экзонуклеаза VII представляют собой 3'-5' экзонуклеазы, активные в отношении одноцепочечной ДНК. RecJf представляет собой 5'-3'-экзонуклеазу, активную в отношении одноцепочечной ДНК. Экзонуклеаза III представляет собой 3'-5' экзонуклеазу, активную в отношении одноцепочечной ДНК и двухцепочечной ДНК. Экзонуклеаза Т7, экзонуклеаза V, экзонуклеаза VIII, экзонуклеаза лямбда и экзонуклеаза Т5 представляют собой 5'-3'-экзонуклеазы, активные в отношении одноцепочечной и двухцепочечной ДНК. Экзонуклеаза V (RecBCD) и BAL-31 одновременно являются 5'-3'- и 3'-5'-экзонуклеазами, активными в отношении одноцепочечной ДНК и двухцепочечной ДНК. В зависимости от типа концов нуклеиновой кислоты, образующихся под действием тестируемой эндонуклеазы, квалифицированный специалист может выбрать подходящую экзонуклеазу. Соответствующая экзонуклеаза будет использовать конец или концы, генерируемые эндонуклеазой, и гидролизовать субстрат нуклеиновой кислоты, описанный в настоящей заявке. Гидролиз экзонуклеазой будет разделять пару флуорофоров FRET (например, донор и акцептор или репортер и гаситель), так, что можно будет обнаружить флуоресценцию или изменение флуоресценции.[0078] The methods and compositions described herein utilize an exonuclease. Exonucleases are known to those skilled in the art, and many are commercially available, see, for example, Lovett S. T. (2011) The DNA Exonucleases of Escherichia coli. EcoSal Plus, 4(2) and Shevelev, I., Hiibscher, U. (2002) The 3'-5' exonucleases. Nat Rev Mol Cell Biol 3, 364-376. Many exonucleases are available from New England Biolabs (Ipswich, Mass.). For example, exonuclease I, exonuclease T, and exonuclease VII are 3'-5' exonucleases active on single-stranded DNA. RecJf is a 5'-3' exonuclease active on single-stranded DNA. Exonuclease III is a 3'-5' exonuclease active on single-stranded DNA and double-stranded DNA. T7 exonuclease, V exonuclease, VIII exonuclease, lambda exonuclease, and T5 exonuclease are 5'-3' exonucleases active on single-stranded DNA and double-stranded DNA. Exonuclease V (RecBCD) and BAL-31 are both 5'-3' and 3'-5' exonucleases active on single-stranded DNA and double-stranded DNA. Depending on the type of nucleic acid end formed by the endonuclease being tested, a skilled artisan can select a suitable exonuclease. The appropriate exonuclease will utilize the end or ends generated by the endonuclease and hydrolyze the nucleic acid substrate described herein. Exonuclease hydrolysis will separate a pair of FRET fluorophores (e.g., donor and acceptor or reporter and quencher) so that fluorescence or a change in fluorescence can be detected.
[0079] Как показано на фигуре 1, субстрат содержит структуру по меньшей мере на одном из концов, которая ингибирует или предотвращает расщепление экзонуклеазой. Выбор экзонуклеазы для включения в способы, композиции и наборы, описанные в настоящей заявке, определяет выбор структуры, ингибирующей экзонуклеазу и обеспечивающей концевую защиту в субстрате нуклеиновой кислоты. Например, если предпочтительным субстратом экзонуклеазы является 3'-конец, то субстрат нуклеиновой кислоты имеет структуру, ингибирующую экзонуклеазу, на каждом из 3'-концов. Если предпочтительным субстратом экзонуклеазы является 5'-конец, то субстрат нуклеиновой кислоты имеет структуру, ингибирующую экзонуклеазу, на каждом из 5'-концов. Если экзонуклеаза является активной как на 3'-концах, так и на 5'-концах, то субстрат нуклеиновой кислоты имеет структуру, ингибирующую экзонуклеазу, на каждом из 3'-концов и 5'-концов.[0079] As shown in Figure 1, the substrate comprises a structure at at least one of its ends that inhibits or prevents cleavage by an exonuclease. The selection of an exonuclease for inclusion in the methods, compositions, and kits described herein determines the selection of an exonuclease-inhibiting and end-protecting structure in the nucleic acid substrate. For example, if the preferred exonuclease substrate is the 3' end, then the nucleic acid substrate has an exonuclease-inhibiting structure at each of its 3' ends. If the preferred exonuclease substrate is the 5' end, then the nucleic acid substrate has an exonuclease-inhibiting structure at each of its 5' ends. If the exonuclease is active at both the 3' and 5' ends, then the nucleic acid substrate has an exonuclease-inhibiting structure at each of the 3' and 5' ends.
[0080] Выбор экзонуклеазы также должен согласовываться с типами разрывов и доступных концов, генерируемых тестируемой эндонуклеазой. Экзонуклеаза (или смесь экзонуклеаз) должна быть активна в отношении типов концов (выступающих, тупых или утопленных, гидроксильных или фосфорильных), генерируемых тестируемой эндонуклеазой, и в то же время она должна ингибироваться ингибирующими структурами, присутствующими на концах субстрата нуклеиновой кислоты, описанного в настоящей заявке.[0080] The choice of exonuclease should also be consistent with the types of breaks and accessible ends generated by the endonuclease being tested. The exonuclease (or mixture of exonucleases) should be active against the types of ends (protruding, blunt or recessed, hydroxyl or phosphoryl) generated by the endonuclease being tested, and at the same time, it should be inhibited by inhibitory structures present at the ends of the nucleic acid substrate described in this application.
[0081] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой никазу, то есть, эндонуклеазу, расщепляющую только одну цепь дуплекса и образующую разрыв. В этом варианте осуществления изобретения, экзонуклеазой может быть, например, экзонуклеаза III, экзонуклеаза Т5, экзонуклеаза Т7, лямбда-экзонуклеаза и экзонуклеаза BAL31.[0081] In some embodiments of the invention, the endonuclease is a nickase, i.e., an endonuclease that cleaves only one strand of a duplex and forms a nick. In this embodiment, the exonuclease can be, for example, exonuclease III, T5 exonuclease, T7 exonuclease, lambda exonuclease, and BAL31 exonuclease.
[0082] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза расщепляет обе цепи дуплекса и образует двухцепочечный разрыв. В некоторых вариантах осуществления изобретения, двухцепочечный разрыв имеет тупые концы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, двухцепочечный разрыв имеет концы, расположенные в шахматном порядке. В некоторых вариантах осуществления изобретения, концы, расположенные в шахматном порядке, могут иметь выступающий 3'-конец. В некоторых вариантах осуществления изобретения, концы, расположенные в шахматном порядке, могут иметь выступающий 5'-конец. Специалист в данной области может выбрать экзонуклеазу (или смесь двух или более экзонуклеаз), способную инициировать гидролиз в нужном направлении с концов конкретного типа, генерируемых тестируемой эндонуклеазой. Например, в публикации New England Biolabs (Ipswich, Mass.) приводится список доступных экзонуклеаз, сгруппированных по биохимическим свойствам (например, по типу требуемых концов и направленности гидролиза).[0082] In some embodiments, an endonuclease cleaves both strands of a duplex and forms a double-strand break. In some embodiments, the double-strand break has blunt ends. In some embodiments, the double-strand break has staggered ends. In some embodiments, the staggered ends may have a 3' overhang. In some embodiments, the staggered ends may have a 5' overhang. One skilled in the art can select an exonuclease (or a mixture of two or more exonucleases) that is capable of initiating hydrolysis in the desired direction from the particular type of ends generated by the endonuclease being tested. For example, New England Biolabs (Ipswich, Mass.) provides a list of available exonucleases grouped by biochemical properties (e.g., type of ends desired and direction of hydrolysis).
[0083] Как далее видно на фигуре 1, панель В, субстрат содержит последовательность распознавания (или сайт распознавания) эндонуклеазы. В зависимости от тестируемой эндонуклеазы, сайт распознавания может содержать сайт расщепления и иметь один или более дополнительных элементов. В некоторых вариантах осуществления изобретения, тестируемая эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, тестируемая эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса I (CASCADE) или эндонуклеазу CRISPR класса II. В некоторых вариантах осуществления изобретения, тестируемая эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR Cas9 или CRISPR Cas12a (Cpf1.[0083] As further shown in Figure 1, panel B, the substrate comprises a recognition sequence (or recognition site) for an endonuclease. Depending on the endonuclease being tested, the recognition site may comprise a cleavage site and have one or more additional elements. In some embodiments, the endonuclease being tested is a nucleic acid-regulated endonuclease. In some embodiments, the endonuclease being tested is a class I CRISPR endonuclease (CASCADE) or a class II CRISPR endonuclease. In some embodiments, the endonuclease being tested is a CRISPR Cas9 or CRISPR Cas12a (Cpf1) endonuclease.
[0084] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой дезоксирибонуклеазу, а субстрат представляет собой одноцепочечную или двухцепочечную ДНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой рибонуклеазу, а субстрат представляет собой одноцепочечную или двухцепочечную РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой рибонуклеазу, такую как рибозим, рибозим типа «головка молотка», ДНКзим, РЫАзим или сконструированную эндорибонуклеазу, например, типа, описанного в публикации Choudhury, R. et al., (2012) Engineering RNA endonucleases with customized sequence specificities. Nature Comm., 3:1147.[0084] In some embodiments, the endonuclease is a deoxyribonuclease and the substrate is single-stranded or double-stranded DNA. In some embodiments, the endonuclease is a ribonuclease and the substrate is single-stranded or double-stranded RNA. In some embodiments, the endonuclease is a ribonuclease such as a ribozyme, a hammerhead ribozyme, a DNAzyme, a PIAzyme, or an engineered endoribonuclease, such as those described in Choudhury, R. et al., (2012) Engineering RNA endonucleases with customized sequence specificities. Nature Comm., 3:1147.
[0085] В некоторых вариантах осуществления изобретения, тестируемая эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу, кодируемую локусом CRISPR, или эндонуклеазу, родственную ей. Геномный локус CRISPR (кластеризованных регулярно повторяющихся коротких палиндромных повторов) встречается во многих геномах прокариот и обеспечивает резистентность к включению чужеродных нуклеиновых кислот.Структура, номенклатура и классификация локусов CRISPR рассматриваются в публикации Makarova et al., Evolution and classification of the CRISPR-Cas systems. Nature Reviews Microbiology. 2011 June; 9(6): 467-477.[0085] In some embodiments, the endonuclease being tested is an endonuclease encoded by a CRISPR locus or an endonuclease related thereto. The CRISPR (clustered regularly repeated short palindromic repeats) genomic locus is found in many prokaryotic genomes and confers resistance to the incorporation of foreign nucleic acids. The structure, nomenclature, and classification of CRISPR loci are discussed in Makarova et al., Evolution and classification of the CRISPR-Cas systems. Nature Reviews Microbiology. 2011 June; 9(6): 467-477.
[0086] Вкратце, типичный локус CRISPR включает ряд коротких повторов, регулярно перемежающихся спейсерами. Локус CRISPR также включает последовательности, кодирующие CRISPR-ассоциированные (Cas) гены. Звено последовательности спейсер-повтор кодирует crispr-PHK (cr-РНК). In vivo, зрелые cr-РНК процессируются из полицистронного транскрипта, называемого пре-cr-РНК или массивом пре-cr-PHK. Повторы в массиве пре-сг-РНК распознаются белками, кодируемыми Саз, которые связываются с повторами и расщепляют их, высвобождая зрелые cr-РНК. Системы CRISPR выполняют расщепление нуклеиновой кислоты-мишени, при этом, белки Cas и cr-РНК образуют рибонуклеопротеины CRISPR (crRNP). Молекула cr-РНК направляет crRNP к нуклеиновой кислоте-мишени (например, чужеродной нуклеиновой кислоте, проникающей в бактериальную клетку), а белки-нуклеазы Саз расщепляют нуклеиновую кислоту-мишень.[0086] Briefly, a typical CRISPR locus comprises a series of short repeats regularly interspersed with spacers. The CRISPR locus also includes sequences encoding CRISPR-associated (Cas) genes. The spacer-repeat sequence unit encodes crisprRNA (crRNA). In vivo, mature crRNAs are processed from a polycistronic transcript called pre-crRNA or the pre-crRNA array. Repeats in the pre-crRNA array are recognized by Cas-encoded proteins, which bind to the repeats and cleave them, releasing mature crRNAs. CRISPR systems cleave the target nucleic acid, with Cas proteins and crRNA forming CRISPR ribonucleoproteins (crRNPs). The crRNA molecule directs crRNP to a target nucleic acid (e.g., a foreign nucleic acid entering a bacterial cell), and the Ca3 nuclease proteins cleave the target nucleic acid.
[0087] Системы CRISPR класса 1, типа I включают средства для процессинга массива пре-cr-PHK, который включает мультибелковый комплекс, называемый Cascade (CRISPR-ассоциированный комплекс для противовирусной защиты) и состоящий из субъединиц CasA, В, С, D и Е. Комплекс Cascade-cr-PHK распознает нуклеиновую кислоту-мишень посредством гибридизации нуклеиновой кислоты-мишени с cr-РНК. Связанный нуклеопротеиновый комплекс осуществляет рекрутинг геликазы/нуклеазы Cas3 для облегчения расщепления нуклеиновой кислоты-мишени.[0087] Class 1, type I CRISPR systems include means for processing a pre-crRNA array, which includes a multiprotein complex called Cascade (CRISPR-associated complex for antiviral defense) and consists of CasA, B, C, D, and E subunits. The Cascade-crRNA complex recognizes a target nucleic acid by hybridizing the target nucleic acid to crRNA. The associated nucleoprotein complex recruits the Cas3 helicase/nuclease to facilitate cleavage of the target nucleic acid.
[0088] Системы CRISPR класса 2, типа II включают трансактивирующую РНК CRISPR (tracr-PHK). Tracr-PHK гибридизуется с повтором cr-РНК в массиве пре-cr-PHK и осуществляет рекрутинг эндогенной РНКазы III для расщепления массива пре-cr-PHK. Комплекс tracr-PHK/cr-РНК может ассоциироваться с нуклеазой, например, Cas9. Комплекс сг-РНК-tracr-PHK-Cas9 распознает нуклеиновую кислоту-мишень посредством гибридизации нуклеиновой кислоты-мишени с cr-РНК. Гибридизация cr-РНК с нуклеиновой кислотой-мишенью активирует нуклеазу Cas 9. для расщепления нуклеиновой кислоты-мишени.[0088] Class 2, type II CRISPR systems include transactivating CRISPR RNA (tracrRNA). TracrRNA hybridizes to the crRNA repeat in the pre-crRNA array and recruits endogenous RNase III to cleave the pre-crRNA array. The tracrRNA/crRNA complex can associate with a nuclease, such as Cas9. The crRNA-tracrRNA-Cas9 complex recognizes the target nucleic acid by hybridizing the target nucleic acid to crRNA. Hybridization of crRNA to the target nucleic acid activates the Cas 9 nuclease to cleave the target nucleic acid.
[0089] Системы CRISPR класса 1, типа III включают суперсемейство эндорибонуклеаз RAMP (например, Cas6), которые расщепляют массив пре-cr-PHK посредством одного или более белков, подобных полимеразе CRISPR.[0089] Class 1, type III CRISPR systems include the RAMP superfamily of endoribonucleases (e.g., Cas6), which cleave the pre-crRNA array via one or more CRISPR polymerase-like proteins.
[0090] Системы CRISPR класса 2, типа V содержат другой набор Cas-подобных генов, включая Csf1, Csf2, Csf3 и Csf4, которые являются отдаленными гомологами генов Cas в системах CRISPR типов I-III.[0090] Class 2, type V CRISPR systems contain another set of Cas-like genes, including Csf1, Csf2, Csf3, and Csf4, which are distant homologs of the Cas genes in type I-III CRISPR systems.
[0091] Как показано на фигуре 1, панель В, субстрат содержит последовательность распознавания (или сайт распознавания) эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, последовательность распознавания и сайт расщепления являются одинаковыми. В некоторых вариантах осуществления изобретения, сайт распознавания представляет собой палиндромную последовательность, характерную для рестриктирующих эндонуклеаз типа II, и расщепление происходит внутри палиндромной последовательности. В некоторых вариантах осуществления изобретения, последовательность распознавания отличается от сайта расщепления. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRSIPR Cas9, а последовательность распознавания представляет собой мотив, смежный с протоспейсером (РАМ), тогда как сайт расщепления примыкает к РАМ. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRSIPR Cas12a, а последовательность распознавания представляет собой мотив, смежный с протоспейсером (РАМ), тогда как сайт расщепления находится на расстоянии 16-18 оснований от РАМ на нецелевой цепи и на расстоянии 23-25 оснований от РАМ на цепи-мишени, см. Strohkendl, I., et al., (2018) Kinetic Basis for DNA Target Specificity of CRISPR-Cas12a, Mol. Cell, 71(5):816-824.e3.[0091] As shown in Figure 1, panel B, the substrate comprises a recognition sequence (or recognition site) of an endonuclease. In some embodiments, the recognition sequence and the cleavage site are the same. In some embodiments, the recognition site is a palindromic sequence characteristic of type II restriction endonucleases, and cleavage occurs within the palindromic sequence. In some embodiments, the recognition sequence is different from the cleavage site. In some embodiments, the endonuclease is CRSIPR Cas9 endonuclease, and the recognition sequence is a protospacer adjacent motif (PAM), while the cleavage site is adjacent to the PAM. In some embodiments, the endonuclease is CRISPR Cas12a endonuclease and the recognition sequence is a protospacer adjacent motif (PAM), while the cleavage site is 16-18 bases from the PAM on the non-target strand and 23-25 bases from the PAM on the target strand, see Strohkendl, I., et al., (2018) Kinetic Basis for DNA Target Specificity of CRISPR-Cas12a, Mol. Cell, 71(5):816-824.e3.
[0092] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой никазу, то есть, эндонуклеазу, расщепляющую только одну цепь дуплекса и образующую разрыв. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза расщепляет обе цепи дуплекса и образует двухцепочечный разрыв. Двухцепочечный разрыв может иметь тупые концы или концы, расположенные в шахматном порядке. Концы, расположенные в шахматном порядке, могут иметь выступающий 3'-конец или выступающий 5'-конец. 5'-конец может иметь 5'-фосфорильную или 5'-гидроксильную группу, тогда как 3'-конец может содержать 3'-фосфорильную или 3'-гидроксильную группу.[0092] In some embodiments, the endonuclease is a nickase, i.e., an endonuclease that cleaves only one strand of a duplex and forms a nick. In some embodiments, the endonuclease cleaves both strands of the duplex and forms a double-strand break. The double-strand break may have blunt ends or staggered ends. The staggered ends may have a 3' overhang or a 5' overhang. The 5' end may have a 5'-phosphoryl or 5'-hydroxyl group, while the 3' end may contain a 3'-phosphoryl or 3'-hydroxyl group.
[0093] Нуклеазы CRISPR не расщепляют фиксированную последовательность, а вместо этого регулируются руководящей нуклеиновой кислотой, как описано выше. Помимо руководящей РНК, нуклеазы CRISPR распознают дополнительную последовательность, называемую мотивом, смежным с протоспейсером (РАМ). В некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат согласно изобретению содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ). В вариантах осуществления изобретения, если тестируемая эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса I (CASCADE), то субстрат включает мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3' и 5'-TTG-3'. В тех вариантах осуществления изобретения, где тестируемая эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса II, субстрат включает мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5' -NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3' и 5'-NNNACA-3', 5 '-TTN-3', 5 '-TTTN-3' и 5'-TTTV-3'.[0093] CRISPR nucleases do not cleave a fixed sequence, but are instead guided by a guide nucleic acid, as described above. In addition to the guide RNA, CRISPR nucleases recognize an additional sequence called a protospacer adjacent motif (PAM). In some embodiments, a substrate of the invention comprises a protospacer adjacent motif (PAM). In embodiments of the invention, if the endonuclease being tested is a class I CRISPR endonuclease (CASCADE), the substrate comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3' and 5'-TTG-3'. In those embodiments of the invention where the test endonuclease is a class II CRISPR endonuclease, the substrate comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3' and 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' and 5'-TTTV-3'.
[0094] Нуклеазы CRISPR не расщепляют фиксированную последовательность распознавания, а вместо этого регулируются руководящей нуклеиновой кислотой, называемой «руководящей РНК», а также называемой здесь «нуклеиновой кислотой, нацеленной на другую нуклеиновую кислоту (NATNA)». Руководящая РНК (NATNA) содержит «спейсерную» последовательность, комплементарную сайту расщепления эндонуклеазой. В тех вариантах осуществления изобретения, где тестируемая эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR, субстрат включает последовательность-мишень, способную гибридизоваться с частью («спейсером») в NATNA.[0094] CRISPR nucleases do not cleave a fixed recognition sequence, but are instead guided by a guide nucleic acid, called a "guide RNA," also referred to herein as a "nucleic acid targeting another nucleic acid (NATNA)." The guide RNA (NATNA) contains a "spacer" sequence complementary to the cleavage site of the endonuclease. In embodiments where the test endonuclease is a CRISPR endonuclease, the substrate includes a target sequence capable of hybridizing to a portion (the "spacer") of the NATNA.
[0095] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой. Реакционная смесь с такой эндонуклеазой дополнительно требует нуклеиновой кислоты, нацеленной на другую нуклеиновую кислоту (NATNA). В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR, a NATNA представляет собой руководящую РНК. Эндонуклеаза способна образовывать рибонуклеопротеиновый комплекс (RNP) с одной или более руководящими РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса 2, типа II, a NATNA содержит tracr-PHK и cr-РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса 2, типа V, a NATNA содержит cr-РНК.[0095] In some embodiments, the endonuclease is a nucleic acid-regulated endonuclease. The reaction mixture with such an endonuclease further requires a nucleic acid that targets another nucleic acid (NATNA). In some embodiments, the endonuclease is a CRISPR endonuclease and NATNA is a guide RNA. The endonuclease is capable of forming a ribonucleoprotein complex (RNP) with one or more guide RNAs. In some embodiments, the endonuclease is a class 2, type II CRISPR endonuclease and NATNA comprises tracr RNA and cr RNA. In some embodiments, the endonuclease is a class 2, type V CRISPR endonuclease and NATNA comprises cr RNA.
[0096] В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA выбрана из вариантов осуществления изобретения, описанных в патенте США №9260752. Вкратце, NATNA может содержать, в направлении от 5' до 3', удлинение спейсера, спейсер, минимальный повтор CRISPR, один руководящий соединитель, минимальную tracr-PHK, 3 '-последовательность tracr-PHK и удлинение tracr-PHK. В некоторых случаях, нуклеиновая кислота, нацеленная на другую нуклеиновую кислоту, может содержать удлинение tracr-PHK, 3 '-последовательность tracr-PHK, минимальную tracr-PHK, одноцепочечный руководящий соединитель, минимальный повтор CRISPR, спейсер и удлинение спейсера в любом порядке.[0096] In some embodiments, the NATNA is selected from the embodiments described in U.S. Patent No. 9,260,752. Briefly, the NATNA may comprise, in the 5' to 3' direction, a spacer extension, a spacer, a minimal CRISPR repeat, a single guide connector, minimal tracrRNA, a 3' tracrRNA sequence, and a tracrRNA extension. In some cases, a nucleic acid targeting another nucleic acid may comprise a tracrRNA extension, a 3' tracrRNA sequence, minimal tracrRNA, a single-stranded guide connector, a minimal CRISPR repeat, a spacer, and a spacer extension in any order.
[0097] В некоторых вариантах осуществления изобретения, нуклеиновая кислота, нацеленная на руководящую нуклеиновую кислоту, может содержать одну руководящую NATNA. NATNA содержит спейсерную последовательность, которую можно сконструировать для гибридизации с последовательностью нуклеиновой кислоты-мишеи. NATNA дополнительно содержит повтор CRISPR, содержащий последовательность, которая может гибридизоваться с последовательностью tracr-PHK. Необязательно, NATNA может иметь удлинение спейсера и удлинение tracr-PHK. Эти элементы могут включать элементы, которые могут повышать стабильность NATNA. Повтор CRISPR и последовательность tracr-PHK могут взаимодействовать друг с другом с образованием двухцепочечной структуры из спаренных оснований. Такая структура может облегчать связывание эндонуклеазы с NATNA.[0097] In some embodiments of the invention, a nucleic acid targeting a guide nucleic acid may comprise a single guide NATNA. NATNA comprises a spacer sequence that can be designed to hybridize to the target nucleic acid sequence. NATNA further comprises a CRISPR repeat comprising a sequence that can hybridize to a tracrRNA sequence. Optionally, NATNA may have a spacer extension and a tracrRNA extension. These elements may include elements that can enhance the stability of NATNA. The CRISPR repeat and the tracrRNA sequence may interact with each other to form a double-stranded base-paired structure. Such a structure may facilitate the binding of an endonuclease to NATNA.
[0098] В некоторых вариантах осуществления изобретения, одноцепочечная руководящая NATNA содержит спейсерную последовательность, расположенную у 5' от первого дуплекса, который содержит область гибридизации между минимальным повтором CRISPR и минимальной последовательностью tracr-PHK. Первый дуплекс может прерываться «узлом». Такой «узел» облегчает рекрутинг эндонуклеазы к NATNA. За узлом может следовать первый стебель, содержащий линкер, соединяющий минимальный повтор CRISPR и минимальную последовательность tracr-PHK. Последний парный нуклеотид на 3'-конце первого дуплекса может быть связан со вторым линкером, соединяющим первый дуплекс со средней tracr-PHK. Средняя tracr-PHK может содержать одну или более дополнительных шпилек.[0098] In some embodiments, the single-stranded guide NATNA comprises a spacer sequence located 5' of the first duplex that comprises a region of hybridization between the minimal CRISPR repeat and the minimal tracrRNA sequence. The first duplex may be interrupted by a "node." Such a "node" facilitates recruitment of the endonuclease to NATNA. The node may be followed by a first stem containing a linker connecting the minimal CRISPR repeat and the minimal tracrRNA sequence. The last base pair at the 3' end of the first duplex may be linked to a second linker connecting the first duplex to the middle tracrRNA. The middle tracrRNA may contain one or more additional hairpins.
[0099] В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA может содержать структуру двухцепочечной руководящей нуклеиновой кислоты. Двухцепочечная руководящая NATNA включает удлинение спейсера, спейсер, минимальный повтор CRISPR, минимальную последовательность tracr-PHK, 3'-последовательность tracr-PHK и удлинение tracr-PHK. Двухцепочечная руководящая NATNA не включает одноцепочечный руководящий соединитель. Вместо этого, минимальная последовательность повтора CRISPR содержит 3'-последовательность повтора CRISPR, минимальная последовательность tracr-PHK содержит 5'-последовательность tracr-PHK, а двухцепочечные руководящие NATNA могут гибридизоваться посредством минимального повтора CRISPR и минимальной последовательности tracr-PHK.[0099] In some embodiments of the invention, a NATNA may comprise a double-stranded guide nucleic acid structure. The double-stranded guide NATNA includes a spacer extension, a spacer, a minimal CRISPR repeat, a minimal tracrRNA sequence, a 3' tracrRNA sequence, and a tracrRNA extension. The double-stranded guide NATNA does not include a single-stranded guide connector. Instead, the minimal CRISPR repeat sequence comprises a 3' CRISPR repeat sequence, the minimal tracrRNA sequence comprises a 5' tracrRNA sequence, and the double-stranded guide NATNAs can hybridize via the minimal CRISPR repeat and the minimal tracrRNA sequence.
[00100] В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA представляет собой сконструированную руководящую РНК, содержащую один или более остатков ДНК (гибридной RDNA CRISPR или chRDNA). В некоторых вариантах осуществления изобретения, NATNA выбрана из вариантов осуществления изобретения, описанных в патенте США №9650617. Вкратце, некоторые chRDNA для использования с системой CRISPR класса 2 могут состоять из двух цепей, образующих вторичную структуру, которая включает активирующую область, состоящую из верхней дуплексной области, нижней дуплексной области, узла, нацеливающей области, цепи и одной или более шпилек. Нуклеотидная последовательность, расположенная непосредственно за областью нацеливания, может содержать ДНК и РНК в различных соотношениях. Другая chRDNA может представлять собой одноцепочечную руководящую D(R)NA для использования с системой CRISPR типа II, содержащей область нацеливания и активирующую область, состоящую из нижней дуплексной области, верхней дуплексной области, области слияния, узла, цепи и одной или более шпилек. Нуклеотидная последовательность, расположенная непосредственно за областью нацеливания, может содержать ДНК и РНК в различных соотношениях. Например, область нацеливания может содержать ДНК или смесь ДНК и РНК, а активирующая область может содержать РНК или смесь ДНК и РНК.[00100] In some embodiments, NATNA is an engineered guide RNA comprising one or more DNA units (hybrid RDNA CRISPR or chRDNA). In some embodiments, NATNA is selected from the embodiments described in U.S. Patent No. 9,650,617. Briefly, some chRDNA for use with a Class 2 CRISPR system may consist of two strands forming a secondary structure that includes an activating region consisting of an upper duplex region, a lower duplex region, a node, a targeting region, a strand, and one or more hairpins. The nucleotide sequence located immediately downstream of the targeting region may contain DNA and RNA in varying ratios. Another chRDNA can be a single-stranded guide D(R)NA for use with the Type II CRISPR system, comprising a targeting region and an activating region consisting of a lower duplex region, an upper duplex region, a fusion region, a node, a strand, and one or more hairpins. The nucleotide sequence located immediately downstream of the targeting region can contain DNA and RNA in varying ratios. For example, the targeting region can contain DNA or a mixture of DNA and RNA, and the activating region can contain RNA or a mixture of DNA and RNA.
[00101] В некоторых вариантах осуществления изобретения, руководящая РНК включает модификации нуклеиновой кислоты, например, модификации, сообщающие резистентность к рибонуклеазам. Эта особенность является особенно полезной при анализах сырого лизата, описанных ниже.[00101] In some embodiments of the invention, the guide RNA includes nucleic acid modifications, such as modifications that confer ribonuclease resistance. This feature is particularly useful in the crude lysate assays described below.
[00102] В некоторых вариантах осуществления изобретения, тестируемая эндонуклеаза представляет собой рестриктирующую эндонуклеазу. В некоторых вариантах осуществления изобретения, тестируемая эндонуклеаза представляет собой рестриктирующую эндонуклеазу типа II, III или IV. Для каждой эндонуклеазы, субстрат согласно изобретению содержит соответствующую последовательность распознавания. Для рестриктирующей эндонуклеазы типа IV, субстрат согласно изобретению также содержит один или более метилированных остатков, необходимых для расщепления эндонуклеазой.[00102] In some embodiments of the invention, the test endonuclease is a restriction endonuclease. In some embodiments, the test endonuclease is a type II, III, or IV restriction endonuclease. For each endonuclease, the substrate of the invention comprises a corresponding recognition sequence. For a type IV restriction endonuclease, the substrate of the invention also comprises one or more methylated residues required for cleavage by the endonuclease.
[00103] В тех вариантах осуществления изобретения, где тестируемая эндонуклеаза представляет собой нуклеазу «цинковые пальцы» (ZFN) или ZFN, конъюгированную с доменом неспецифического расщепления рестриктирующей эндонуклеазы Fok I, последовательность-мишень имеет длину приблизительно 22-52 оснований и содержит пару последовательностей распознавания ZFN длиной 9-18 нуклеотидов каждая, разделенные спейсером длиной 4-18 нуклеотидов (см., например, Kim Y.G., et al., (1996). Hybrid resticrion enzymes: zinc finger fusions to Fok I cleavage domain, Proc Natl Acad Sci USA. 93(3): 1156-1160.[00103] In embodiments where the test endonuclease is a zinc finger nuclease (ZFN) or a ZFN conjugated to the non-specific cleavage domain of the restriction endonuclease Fok I, the target sequence is approximately 22-52 bases in length and comprises a pair of ZFN recognition sequences, each 9-18 nucleotides in length, separated by a spacer of 4-18 nucleotides in length (see, e.g., Kim Y. G., et al., (1996). Hybrid restriction enzymes: zinc finger fusions to Fok I cleavage domain, Proc Natl Acad Sci USA. 93(3): 1156-1160.
[00104] В тех вариантах осуществления изобретения, в которых тестируемая эндонуклеаза представляет собой эффекторную нуклеазу, подобную активатору транскрипции (TALEN), или гибрид TALEN-Fok I, последовательность-мишень имеет длину приблизительно 4 8-85 нуклеотидов и содержит пару последовательностей распознавания TALEN, каждая из которых состоит из 18-30 оснований, разделенных спейсером длиной 12-25 оснований [см., например. Christian М. et al., (2010) Targeting DNA double-strand breaks with TAL effector nucleases, Genetics. 186 (2): 757-61).[00104] In those embodiments of the invention in which the test endonuclease is a transcription activator-like effector nuclease (TALEN) or a TALEN-Fok I fusion, the target sequence is approximately 48-85 nucleotides in length and comprises a pair of TALEN recognition sequences, each consisting of 18-30 bases separated by a spacer of 12-25 bases in length [see, e.g., Christian M. et al., (2010) Targeting DNA double-strand breaks with TAL effector nucleases, Genetics. 186 (2): 757-61).
[00105] В некоторых вариантах осуществления изобретения, тестируемая эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу Argonaute (Ago). Эндонуклеазы Ago не имеют последовательности распознавания, но регулируются небольшими интерферирующими руководящими ДНК (киДНК) для расщепления комплементарной ДНК. Hegge, et al., (2019) DNA-guided DNA cleavage at moderate temperatures by Clostridium butyricum Argonaute, N.A. R. 47 (11):5809.[00105] In some embodiments, the test endonuclease is Argonaute (Ago) endonuclease. Ago endonucleases do not have a recognition sequence but are guided by small interfering guide DNA (siDNA) to cleave complementary DNA. Hegge, et al., (2019) DNA-guided DNA cleavage at moderate temperatures by Clostridium butyricum Argonaute, N.A. R. 47 (11):5809.
[00106] В некоторых вариантах осуществления изобретения, тестируемая эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу Arcus. Arcus представляет собой эндонуклеазу I-Crel с последовательностью-мишенью длиной 22 основания (см., например, Durrenberger et al., (1991) Double-strand break induced recombination in Chlamydomonas reinhardtii chloroplasts, N.A.R. 24 (17):3323.[00106] In some embodiments, the test endonuclease is Arcus endonuclease. Arcus is an I-Crel endonuclease with a 22-base target sequence (see, e.g., Durrenberger et al., (1991) Double-strand break induced recombination in Chlamydomonas reinhardtii chloroplasts, N.A.R. 24 (17):3323.
[00107] В некоторых вариантах осуществления изобретения, тестируемая эндонуклеаза представляет собой эндорибонуклеазу, а субстрат содержит РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат представляет собой одноцепочечную РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат представляет собой двухцепочечную РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат представляет собой гибрид РНК-ДНК. Экзонуклеаза, используемая в таком анализе, представляет собой экзодезоксирибонуклеазу или экзорибонуклеазу для размещения выбранного субстрата. Примеры эндорибонуклеаз, расщепляющих один или более таких субстратов, включают РНКазу III, РНКазу А, РНКазу Т1, РНКазу А, РНКазу Н, РНКазу Z и РНКазу Р. Другими примерами эндорибонуклеаз являются эндорибонуклеазы CRISPR, выбранные из Casl3 и Cas7-11.[00107] In some embodiments, the endonuclease being tested is an endoribonuclease and the substrate comprises RNA. In some embodiments, the substrate is single-stranded RNA. In some embodiments, the substrate is double-stranded RNA. In some embodiments, the substrate is an RNA-DNA hybrid. The exonuclease used in such an assay is an exodeoxyribonuclease or an exoribonuclease for cleaving the selected substrate. Examples of endoribonucleases that cleave one or more such substrates include RNase III, RNase A, RNase T1, RNase A, RNase H, RNase Z, and RNase P. Other examples of endoribonucleases include CRISPR endoribonucleases selected from Casl3 and Cas7-11.
[00108] Примеры экзорибонуклеаз включают экзорибонуклезы, которые расщепляются в направлении 3'-5', такие как РНКаза R, РНКаза II, РНКаза D, РНКаза Т, РНКаза BN, РНКаза РН, и которые расщепляются в направлении 5'-3', такие как экзорибонуклеаза I, и экзорибонуклеаза II.[00108] Examples of exoribonucleases include exoribonucleases that cleave in the 3'-5' direction, such as RNase R, RNase II, RNase D, RNase T, RNase BN, RNase PH, and that cleave in the 5'-3' direction, such as exoribonuclease I and exoribonuclease II.
[00109] В некоторых своих вариантах, настоящее изобретение относится к способу обнаружения активности эндонуклеазы с использованием описанного здесь субстрата. Как показано на Фигуре 1, панель В, этот способ включает контактирование тестируемой эндонуклеазы с реакционной смесью, включающей субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты, содержащий: донорный флуорофор и акцепторный флуорофор (или репортерный флуорофор и гасящий флуорофор), где флуорофоры образуют пару для переноса резонансной энергии флуоресценции (FRET), и последовательность распознавания тестируемой эндонуклеазы. Реакционную смесь инкубируют в условиях, подходящих для эндонуклеазного расщепления ее последовательности распознавания.[00109] In some embodiments, the present invention relates to a method for detecting endonuclease activity using a substrate described herein. As shown in Figure 1, panel B, the method comprises contacting a test endonuclease with a reaction mixture comprising a double-stranded nucleic acid substrate comprising: a donor fluorophore and an acceptor fluorophore (or a reporter fluorophore and a quencher fluorophore), wherein the fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair, and a recognition sequence of the test endonuclease. The reaction mixture is incubated under conditions suitable for endonuclease cleavage of its recognition sequence.
[00110] Этот способ дополнительно включает контактирование реакционной смеси с экзонуклеазой. Экзонуклеаза, субстрат и эндонуклеаза могут быть добавлены одновременно или последовательно в любом порядке.[00110] This method further comprises contacting the reaction mixture with an exonuclease. The exonuclease, substrate, and endonuclease may be added simultaneously or sequentially in any order.
[00111] Как показано на фигуре 1, панели В-С, структура субстрата двухцепочечной нуклеиновой кислоты такова, что экзонуклеаза не гидролизует субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты до тех пор, пока не произойдет расщепление эндонуклеазой. Соответствующие концы субстрата двухцепочечной нуклеиновой кислоты содержат структуры, ингибирующие расщепление субстрата экзонуклеазой. Как описано в настоящей заявке, в зависимости от концов, генерируемых эндонуклеазой, экзонуклеаза представляет собой 3'-5'-экзонуклеазу, а 3'-конец субстрата защищен структурой, ингибирующей экзонуклеазу. В других вариантах осуществления изобретения, экзонуклеаза представляет собой 5'-3'-экзонуклеазу, а 5'-конец субстрата защищен структурой, ингибирующей экзонуклеазу. В некоторых вариантах осуществления изобретения используется смесь 3'-5'-экзонуклеазы и 5'-3'-экзонуклеазы. В таких вариантах осуществления изобретения, 3'-конец и 5'-конец субстрата защищены структурой, ингибирующей экзонуклеазу.[00111] As shown in Figure 1, panels B-C, the structure of the double-stranded nucleic acid substrate is such that the exonuclease does not hydrolyze the double-stranded nucleic acid substrate until cleavage by the endonuclease occurs. The respective ends of the double-stranded nucleic acid substrate contain structures that inhibit cleavage of the substrate by the exonuclease. As described herein, depending on the ends generated by the endonuclease, the exonuclease is a 3'-5' exonuclease, and the 3' end of the substrate is protected by an exonuclease inhibitory structure. In other embodiments, the exonuclease is a 5'-3' exonuclease, and the 5' end of the substrate is protected by an exonuclease inhibitory structure. In some embodiments, a mixture of a 3'-5' exonuclease and a 5'-3' exonuclease is used. In such embodiments, the 3' end and 5' end of the substrate are protected by an exonuclease-inhibiting structure.
[00112] Как показано на фигуре 1, панель С, реакционную смесь затем инкубируют в условиях, подходящих для экзонуклеазного расщепления субстрата двухцепочечной нуклеиновой кислоты. В некоторых вариантах осуществления изобретения, условия эндонуклеазного расщепления и последующего экзонуклеазного расщепления являются одинаковыми. В таких вариантах осуществления изобретения не требуется каких-либо изменений в буферах или условиях инкубирования. В некоторых вариантах осуществления изобретения, между контактированием реакционной смеси с эндонуклеазой и контактированием реакционной смеси с экзонуклеазой, стадии очистки не проводят.[00112] As shown in Figure 1, panel C, the reaction mixture is then incubated under conditions suitable for exonuclease cleavage of the double-stranded nucleic acid substrate. In some embodiments, the conditions for endonuclease cleavage and subsequent exonuclease cleavage are the same. In such embodiments, no changes in buffers or incubation conditions are required. In some embodiments, no purification step is performed between contacting the reaction mixture with the endonuclease and contacting the reaction mixture with the exonuclease.
[00113] Одним из преимуществ этого метода является то, что он минимизирует фоновый сигнал, поскольку флуорофор и гаситель можно разместить очень близко друг от друга. Это также позволяет избежать любых стерических эффектов, которые могли бы возникнуть, если бы пара флуорофорных гасителей была встроена рядом с сайтом разрезания, например, когда флуорофор находился на одной стороне сайта разрезания, а гаситель - на другой.[00113] One advantage of this method is that it minimizes background signal, since the fluorophore and quencher can be placed very close to each other. This also avoids any steric effects that might arise if a fluorophore-quencher pair were embedded near the cleavage site, for example, when the fluorophore was on one side of the cleavage site and the quencher on the other.
[00114] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, тестируемая указанным способом, представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой. В таких вариантах осуществления изобретения, в этом способе также используется NATNA. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR, a NATNA представляет собой руководящую РНК.[00114] In some embodiments of the invention, the endonuclease tested by the method is a nucleic acid-regulated endonuclease. In such embodiments, the method also uses NATNA. In some embodiments, the endonuclease is a CRISPR endonuclease and NATNA is a guide RNA.
[00115] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, тестируемая с помощью этого способа, представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса I (CASCADE), причем, субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты, используемый в этом способе, включает мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3' и 5'-TTG-3'. В тех вариантах осуществления изобретения, где эндонуклеаза, тестируемая данным способом, представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса II, субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты, используемый в этом способе, включает мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3' и 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' и 5'-TTTV-3'.[00115] In some embodiments, the endonuclease tested by the method is a class I CRISPR endonuclease (CASCADE), wherein the double-stranded nucleic acid substrate used in the method comprises a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3', and 5'-TTG-3'. In those embodiments of the invention where the endonuclease tested by the method is a class II CRISPR endonuclease, the double-stranded nucleic acid substrate used in the method includes a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3' and 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' and 5'-TTTV-3'.
[00116] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, тестируемая указанным способом, представляет собой одну из нуклеаз «цинковые пальцы» (ZFN), ZFN, конъюгированной с Fok I, эффекторной нуклеазы, подобной активатору транскрипции (TALEN), одноцепочечной эндонуклеазы Endo ТТ, эндонуклеазы Argonaute, эндонуклеазы Arcus, эндорибонуклеазы, выбранной из РНКазы III, РНКазы А, РНКазы Т1, РНКазы А, РНКазы Н, РНКазы Z и РНКазы Р, Cas3 и Cas7-11, и рестриктирующей эндонуклеазы. В этих вариантах осуществления изобретения, субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты, используемый в этом способе, включает подходящий сайт распознавания.[00116] In some embodiments, the endonuclease tested by the method is one of a zinc finger nuclease (ZFN), a Fok I-conjugated ZFN, a transcription activator-like effector nuclease (TALEN), a single-stranded endonuclease Endo TT, an Argonaute endonuclease, an Arcus endonuclease, an endoribonuclease selected from RNase III, RNase A, RNase T1, RNase A, RNase H, RNase Z, and RNase P, Cas3, and Cas7-11, and a restriction endonuclease. In these embodiments, the double-stranded nucleic acid substrate used in the method comprises a suitable recognition site.
[00117] В некоторых вариантах осуществления изобретения, способ включает скрининг, тестирование или сравнение нескольких эндонуклеаз. В этих вариантах осуществления изобретения, способ включает контактирование серии реакционных смесей, содержащих одни и те же ингредиенты, с серией различных эндонуклеаз. В некоторых вариантах осуществления изобретения, серия эндонуклеаз представляет собой серию эндонуклеаз, регулируемых нуклеиновыми кислотами, и реакционные смеси в серии реакционных смесей, содержащих одни и те же ингредиенты, также содержат одну и ту же NATNA. В некоторых вариантах осуществления изобретения, серия эндонуклеаз представляет собой серию эндонуклеаз CRISPR, и реакционные смеси в серии реакционных смесей, содержащих одни и те же ингредиенты, также содержат одну и ту же руководящую РНК.[00117] In some embodiments, the method comprises screening, testing, or comparing multiple endonucleases. In these embodiments, the method comprises contacting a series of reaction mixtures containing the same ingredients with a series of different endonucleases. In some embodiments, the series of endonucleases is a series of nucleic acid-regulated endonucleases, and the reaction mixtures in the series of reaction mixtures containing the same ingredients also contain the same NATNA. In some embodiments, the series of endonucleases is a series of CRISPR endonucleases, and the reaction mixtures in the series of reaction mixtures containing the same ingredients also contain the same guide RNA.
[00118] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой, а способ включает скрининг, тестирование или сравнение нескольких NATNA. В этих вариантах осуществления изобретения, способ включает контактирование серии реакционных смесей, содержащих одни и те же ингредиенты, включая одну и ту же эндонуклеазу, с серией различных NATNA. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR, a NATNA представляет собой руководящую РНК. В этих вариантах осуществления изобретения, способ включает контактирование серии реакционных смесей, содержащих одни и те же ингредиенты, включая одну и ту же эндонуклеазу CRISPR, с серией различных руководящих РНК.[00118] In some embodiments, the endonuclease is a nucleic acid-regulated endonuclease, and the method comprises screening, testing, or comparing multiple NATNAs. In these embodiments, the method comprises contacting a series of reaction mixtures containing the same ingredients, including the same endonuclease, with a series of different NATNAs. In some embodiments, the endonuclease is a CRISPR endonuclease, and the NATNA is a guide RNA. In these embodiments, the method comprises contacting a series of reaction mixtures containing the same ingredients, including the same CRISPR endonuclease, with a series of different guide RNAs.
[00119] В некоторых вариантах осуществления изобретения, способ включает скрининг, тестирование или сравнение нескольких препаратов одной и той же эндонуклеазы. В этих вариантах осуществления изобретения, способ включает контактирование серии реакционных смесей, содержащих одни и те же ингредиенты, с серией различных препаратов одной и той же эндонуклеазы. Различные препараты могут представлять собой различные изоляты одной и той же эндонуклеазы. Различные препараты могут представлять собой элюированные аликвоты, полученные в результате проведения хроматографии, направленной на выделение эндонуклеазы. Настоящее изобретение включает способ мониторинга элюирования эндонуклеазы путем проведения анализа на активность эндонуклеазы, описанного в настоящей заявке, на фракциях элюирования, полученных в результате процедуры хроматографии, и сохранения фракций элюирования с наиболее высокой активностью эндонуклеазы.[00119] In some embodiments, the method comprises screening, testing, or comparing multiple preparations of the same endonuclease. In these embodiments, the method comprises contacting a series of reaction mixtures containing the same ingredients with a series of different preparations of the same endonuclease. The different preparations may be different isolates of the same endonuclease. The different preparations may be eluted aliquots obtained from a chromatography procedure aimed at isolating the endonuclease. The present invention includes a method of monitoring the elution of an endonuclease by performing the endonuclease activity assay described herein on the elution fractions obtained from the chromatography procedure and retaining the elution fractions with the highest endonuclease activity.
[00120] В некоторых вариантах осуществления изобретения, способ включает скрининг, тестирование или сравнение нескольких последовательностей нуклеиновых кислот в целях идентификации предпочтительной или оптимальной последовательности-мишени для эндонуклеазы. В этих вариантах осуществления изобретения, способ включает контактирование серии реакционных смесей, содержащих одни и те же ингредиенты, включая одну и ту же эндонуклеазу, с серией субстратов двухцепочечной нуклеиновой кислоты, имеющих разные последовательности. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR, и реакционные смеси в серии реакционных смесей, содержащих одни и те же ингредиенты, также содержат одну и ту же руководящую РНК.[00120] In some embodiments of the invention, the method includes screening, testing, or comparing multiple nucleic acid sequences to identify a preferred or optimal target sequence for an endonuclease. In these embodiments, the method includes contacting a series of reaction mixtures containing the same ingredients, including the same endonuclease, with a series of double-stranded nucleic acid substrates having different sequences. In some embodiments, the endonuclease is a CRISPR endonuclease, and the reaction mixtures in the series of reaction mixtures containing the same ingredients also contain the same guide RNA.
[00121] В некоторых вариантах осуществления изобретения, способ включает скрининг, тестирование или сравнение нескольких условий реакции в целях определения предпочтительных или оптимальных условий реакции для эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, способ включает контактирование серии реакционных смесей, содержащих различные конфигурации буферов, с одной и той же эндонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения, серию реакционных смесей также подвергают воздействию различных температурных профилей во время стадии расщепления эндонуклеазой.[00121] In some embodiments of the invention, the method includes screening, testing, or comparing several reaction conditions to determine preferred or optimal reaction conditions for the endonuclease. In some embodiments, the method includes contacting a series of reaction mixtures containing different buffer configurations with the same endonuclease. In some embodiments, the series of reaction mixtures are also exposed to different temperature profiles during the endonuclease cleavage step.
[00122] В некоторых вариантах осуществления изобретения, способ включает скрининг, тестирование или сравнение нескольких условий реакции в целях идентификации предпочтительных или оптимальных концентраций эндонуклеазы в реакциях расщепления нуклеиновой кислоты. В некоторых вариантах осуществления изобретения, способ включает контактирование серии реакционных смесей, которые являются идентичными, но имеют разные концентрации одной и той же тестируемой эндонуклеазы.[00122] In some embodiments of the invention, the method includes screening, testing, or comparing several reaction conditions to identify preferred or optimal concentrations of endonuclease in nucleic acid cleavage reactions. In some embodiments of the invention, the method includes contacting a series of reaction mixtures that are identical but have different concentrations of the same test endonuclease.
[00123] В некоторых вариантах осуществления изобретения, способ включает скрининг, тестирование или сравнение нескольких полинуклеотидных руководящих CRISPR (руководящих РНК или рРНК) в целях идентификации предпочтительной или оптимальной рРНК для эндонуклеазы CRISPR. В этих вариантах осуществления изобретения, способ включает контактирование серии реакционных смесей, которые являются идентичными, но имеют разные руководящие РНК. В некоторых вариантах осуществления изобретения, полинуклеотидная руководящая CRISPR содержит один или более остатков ДНК (гибридная RDNA CRISPR или chRDNA). В этих вариантах осуществления изобретения, способ включает контактирование серии реакционных смесей, которые являются идентичными, но имеют различные chRDNA.[00123] In some embodiments, the method includes screening, testing, or comparing multiple CRISPR guide polynucleotides (guide RNAs or rRNAs) to identify a preferred or optimal rRNA for the CRISPR endonuclease. In these embodiments, the method includes contacting a series of reaction mixtures that are identical but have different guide RNAs. In some embodiments, the CRISPR guide polynucleotide comprises one or more DNA residues (hybrid CRISPR RDNA or chRDNA). In these embodiments, the method includes contacting a series of reaction mixtures that are identical but have different chRDNAs.
[00124] Как показано на фигуре 1, панель D, этот способ также включает оценку флуоресценции, испускаемой реакционной смесью, где изменение флуоресценции указывает на активность эндонуклеазы. Изменение флуоресценции включает изменение цвета (длины волны) флуоресцентного сигнала, а также появление флуоресценции там, где флуоресценция ранее не обнаруживалась. В некоторых вариантах осуществления изобретения, оценка является качественной и указывает на наличие или отсутствие эндонуклеазной активности. В других вариантах осуществления изобретения, оценка является количественной и указывает на относительное количество эндонуклеазной активности. В некоторых вариантах осуществления изобретения, изменение флуоресценции дополнительно включает изменение интенсивности флуоресценции и различия в интенсивности флуоресценции между тестируемыми образцами.[00124] As shown in Figure 1, panel D, this method also includes assessing the fluorescence emitted by the reaction mixture, where a change in fluorescence indicates endonuclease activity. A change in fluorescence includes a change in the color (wavelength) of the fluorescent signal, as well as the appearance of fluorescence where fluorescence was not previously detected. In some embodiments, the assessment is qualitative and indicates the presence or absence of endonuclease activity. In other embodiments, the assessment is quantitative and indicates the relative amount of endonuclease activity. In some embodiments, the change in fluorescence further includes a change in fluorescence intensity and differences in fluorescence intensity between test samples.
[00125] В некоторых вариантах осуществления изобретения, описанный здесь способ осуществляют с использованием выделенных субстратов нуклеиновых кислот и выделенных полипептидов (например, эндонуклеазы и экзонуклеазы). В других вариантах осуществления изобретения, анализ осуществляют с неочищенными смесями без проведения стадий очистки. В некоторых вариантах осуществления изобретения, выделенный или очищенный субстрат нуклеиновой кислоты добавляют к неочищенным изолятам или к образовавшимся фракциям эндонуклеазы, например, для быстрой оценки процесса продуцирования или очистки эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, выделенные или очищенные полипептиды (например, эндонуклеазу и экзонуклеазу) добавляют к неочищенным изолятам нуклеиновых кислот, например, к минимально обработанным образцам, взятым у пациентов, в целях быстрого обнаружения присутствия инфекционного агента у пациента.[00125] In some embodiments, the method described herein is performed using isolated nucleic acid substrates and isolated polypeptides (e.g., endonuclease and exonuclease). In other embodiments, the assay is performed with crude mixtures without purification steps. In some embodiments, isolated or purified nucleic acid substrate is added to crude isolates or to resulting fractions of endonuclease, for example, to rapidly assess the production or purification process of endonuclease. In some embodiments, isolated or purified polypeptides (e.g., endonuclease and exonuclease) are added to crude nucleic acid isolates, for example, to minimally processed samples taken from patients, to rapidly detect the presence of an infectious agent in a patient.
[00126] В некоторых своих вариантах, настоящее изобретение относится к субстрату двухцепочечной нуклеиновой кислоты и к способу получения субстрата. Субстрат имеет экзонуклеазную защиту на конце, такую как, например, фосфоротиоатные связи. 1, 2, 3, 4 или приблизительно 5 фосфодиэфирных связей могут быть заменены фосфортиоатными связями. Например, если используется экзонуклеаза III, то фосфодиэфирные связи могут быть заменены фосфортиоатными связями на 3'-концах обеих цепей. Необязательно, концевой фосфатный фрагмент (если он присутствует) на 3'-конце каждой цепи можно заменить фосфортиоатом.[00126] In some embodiments, the present invention relates to a double-stranded nucleic acid substrate and a method for producing the substrate. The substrate has an exonuclease end protection, such as, for example, phosphorothioate linkages. 1, 2, 3, 4, or about 5 phosphodiester linkages can be replaced with phosphorothioate linkages. For example, if exonuclease III is used, the phosphodiester linkages can be replaced with phosphorothioate linkages at the 3' ends of both strands. Optionally, the terminal phosphate moiety (if present) at the 3' end of each strand can be replaced with a phosphorothioate.
[00127] Субстрат также имеет флуорофор (репортер) и гаситель. Репортер и гаситель могут быть расположены возле одного конца одной цепи субстрата двухцепочечной нуклеиновой кислоты. Один из флуорофоров и гасителей могут быть присоединены к концу одной цепи. Например, если используется экзонуклеаза III, то один член пары флуорофор-гаситель может быть присоединен к 5'-концу цепи-мишени, в то время как этот член может быть присоединен к нуклеотиду длиной 1, 2, 3, 4 или приблизительно 5 нуклеотидов далеко от этого конца. Например, одна цепь может содержать связанный с тимином флуоресцеин в положении 3-го нуклеотида от 5'-конца и гаситель Iowa Black® на 5'-конце.[00127] The substrate also has a fluorophore (reporter) and a quencher. The reporter and quencher can be located near one end of one strand of the double-stranded nucleic acid substrate. One of the fluorophores and quenchers can be attached to the end of one strand. For example, if exonuclease III is used, one member of the fluorophore-quencher pair can be attached to the 5' end of the target strand, while this member can be attached to a nucleotide 1, 2, 3, 4, or approximately 5 nucleotides long from this end. For example, one strand can contain thymine-linked fluorescein at the 3rd nucleotide position from the 5' end and an Iowa Black® quencher at the 5' end.
[00128] В некоторых вариантах осуществления изобретения, тестируемая эндонуклеаза распознает последовательность на обеих цепях (например, палиндромную последовательность, распознаваемую рестриктирующими эндонуклеазами типа II). В некоторых вариантах осуществления изобретения, тестируемая эндонуклеаза распознает последовательность на одной цепи (например, последовательность-мишень для эндонуклеазы CRISPR Cas). В таких вариантах осуществления изобретения, нуклеиновая кислота-мишень имеет цепь-мишень и нецелевую цепь. Типичный субстрат для CRISPR Cas12a показан на фигуре 7. Цепь-мишень субстрата включает последовательность, нацеливаемую на тестируемую эндонуклеазу. Например, расщепляемый сайт Cas12a (Cpfl) описан в публикации Zetsche, В., et al., (2015) Cpfl is a single-RNA guided endonuclease of a Class II CRISPR-Cas system, Cell, 163:P759. Как показано на фигуре 7, субстрат дополнительно включает спейсерную последовательность, распознаваемую руководящими нуклеиновыми кислотами CRISPR, флуорофор, гаситель и защиту конца экзонуклеазы, такую как фосфоротиоатные нуклеотиды на концах каждой цепи или поблизости от них.[00128] In some embodiments, the test endonuclease recognizes a sequence on both strands (e.g., a palindromic sequence recognized by type II restriction endonucleases). In some embodiments, the test endonuclease recognizes a sequence on one strand (e.g., a target sequence for a CRISPR Cas endonuclease). In such embodiments, the target nucleic acid has a target strand and a non-target strand. An exemplary substrate for CRISPR Cas12a is shown in Figure 7. The target strand of the substrate includes a sequence targeted by the test endonuclease. For example, the Cas12a cleavage site (Cpfl) is described in Zetsche, B., et al., (2015) Cpfl is a single-RNA guided endonuclease of a Class II CRISPR-Cas system, Cell, 163:P759. As shown in Figure 7, the substrate further includes a spacer sequence recognized by CRISPR guide nucleic acids, a fluorophore, a quencher, and an exonuclease end protector such as phosphorothioate nucleotides at or near the ends of each strand.
[00129] В некоторых вариантах осуществления изобретения, флуорофор помещают на цепь-мишень. В некоторых вариантах осуществления изобретения, флуорофор помещают на нецелевую цепь. В некоторых вариантах осуществления изобретения, флуорофор помещают как на цепь-мишень, так и на нецелевую цепь. На фигуре 10 проиллюстрирован субстрат, показанный на фигуре 7, с альтернативным размещением флуорофора. На фигуре 10, светлые и темные блоки на верхней цепи представляют собой последовательность распознавания (мишень) для эндонуклеаз CRISPR (светлый блок - РАМ, темный блок - спейсер). Флуорофоры представлены в виде звездочек, а гасители - в виде темных полумесяцев. Темные восьмиугольники представляют модификации, ингибирующие экзонуклеазу, такие как фосфортиоатные нуклеотиды.[00129] In some embodiments, a fluorophore is placed on the target strand. In some embodiments, a fluorophore is placed on the non-target strand. In some embodiments, a fluorophore is placed on both the target and non-target strands. Figure 10 illustrates the substrate shown in Figure 7 with an alternative fluorophore placement. In Figure 10, the light and dark blocks on the top strand represent the recognition sequence (target) for CRISPR endonucleases (light block is a PAM, dark block is a spacer). Fluorophores are represented as asterisks, and quenchers are represented as dark crescents. Dark octagons represent exonuclease-inhibiting modifications, such as phosphorothioate nucleotides.
[00130] В некоторых вариантах осуществления изобретения, размещение флуорофора влияет на эффективность анализа (см. Пример 11 и фигуры 11, 12 и 13).[00130] In some embodiments of the invention, the placement of the fluorophore affects the performance of the assay (see Example 11 and Figures 11, 12 and 13).
[00131] Субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты может быть получен путем объединения двух цепей (цепи-мишени и комплементарной нецелевой цепи) в реакционной смеси, содержащей подходящий буфер (например, ТЕ). Для оптимального отжига, смесь можно нагреть до >90°С и дать ей остыть до комнатной температуры.[00131] A double-stranded nucleic acid substrate can be prepared by combining the two strands (the target strand and the complementary non-target strand) in a reaction mixture containing a suitable buffer (e.g., TE). For optimal annealing, the mixture can be heated to >90°C and allowed to cool to room temperature.
[00132] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эффективность экзонуклеазной защиты тестируют для каждой экзонуклеазы, предназначенной для использования в эндонуклеазной анализе, раскрытом в настоящей заявке. Для каждого субстрата двухцепочечной нуклеиновой кислоты, описанного ы нвстоящей заявке, получают контрольный субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты, лишенный экзонуклеазной защиты. Оба субстрата подвергают воздействию экзонуклеазы в подходящем буфере и в подходящих условиях реакции как для активности экзонуклеазы, так и для флуоресценции (например, в NE-буфере 1, рН 7,0 для экзонуклеазы III и флуоресцеина) и флуоресценцию оценивают, например, с помощью флуоресцентного ридера. Если экзонуклеазная защита является подходящей для экзонуклеазы, то флуоресцентный сигнал будет генерироваться для незащищенного субстрата, но не для защищенного субстрата.[00132] In some embodiments, the effectiveness of exonuclease protection is tested for each exonuclease intended for use in the endonuclease assay disclosed herein. For each double-stranded nucleic acid substrate described herein, a control double-stranded nucleic acid substrate lacking exonuclease protection is prepared. Both substrates are exposed to the exonuclease in a suitable buffer and under suitable reaction conditions for both exonuclease activity and fluorescence (e.g., in NE buffer 1, pH 7.0 for exonuclease III and fluorescein) and fluorescence is assessed, for example, using a fluorescence reader. If the exonuclease protection is suitable for the exonuclease, then a fluorescent signal will be generated for the unprotected substrate, but not for the protected substrate.
[00133] В некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты, описанный в нвстоящей заявке, используют для обнаружения эндонуклеазной активности. Субстрат имеет экзонуклеазную защиту, флуорофор и гаситель (например, 1, 2, 3, 4 или приблизительно 5 фосфортиоатных связей на 3'-концах обеих цепей и связанный с тимином флуоресцеин в 3-м положении нуклеотида от 5-го конца и гаситель Iowa Black® на 5'-конце цепи-мишени). Субстрат подвергают контактированию с экзонуклеазой и эндонуклеазой в подходящем буфере и в подходящих условиях реакции для экзонуклеазной активности, эндонуклеазной активности и флуоресценции (например, в NE-буфере 1, рН 7,0 для экзонуклеазы III, AsCas12a и флуоресцеина. Рекомендации по выбору подходящего буфера можно найти в описании руководства, имеющегося у дистрибьюторов эндонуклеаз (например, в публикации New England Biolabs для рестриктирующих эндонуклеаз) или в опубликованных исследованиях, например, в публикации Gasiunas, G., et al., (2020) A catalogue of biochemically diverse CRISPR-Cas9 orthologSf Nature Comm. 11, Article number: 5512 doi:10.103 8/s41467-020-193 44-1.[00133] In some embodiments, a double-stranded nucleic acid substrate described herein is used to detect endonuclease activity. The substrate has an exonuclease protector, a fluorophore, and a quencher (e.g., 1, 2, 3, 4, or about 5 phosphorothioate linkages at the 3' ends of both strands and thymine-linked fluorescein at the 3 nucleotide position from the 5' end and an Iowa Black® quencher at the 5' end of the target strand). The substrate is contacted with the exonuclease and endonuclease in a suitable buffer and under reaction conditions suitable for exonuclease activity, endonuclease activity, and fluorescence (e.g., NE buffer 1, pH 7.0 for exonuclease III, AsCas12a, and fluorescein). Guidance on the selection of a suitable buffer can be found in the manual available from endonuclease distributors (e.g., New England Biolabs for restriction endonucleases) or in published studies, such as Gasiunas, G., et al., (2020) A catalogue of biochemically diverse CRISPR-Cas9 orthologSf Nature Comm. 11, Article number: 5512 doi:10.103 8/s41467-020-193 44-1.
[00134] Если эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой, то собирают нуклеопротеиновый комплекс (например, рибонуклеопротеиновый комплекс, RNP), и эндонуклеазу добавляют к реакционной смеси в форме нуклеопротеинового комплекса. Нуклеопротеиновый комплекс включает эндонуклеазу и нуклеиновую кислоту, нацеленную на другую нуклеиновую кислоту (NATNA), например, руководящую РНК CRISPR (cr-РНК), такую как cr-РНК для Cas12a (Cpfl), подходящие последовательности которых можно найти, например, в публикации Yamano Т., et al., (2016) Crystal structure of Cpf1 In complex with guide RNA and target DNA., Cell 165:P94 9. Для сборки нуклеопротеинового комплекса, NATNTA инкубируют с эндонуклеазой при подходящих условиях, например, при 37°С, в течение 10 минут.NATNTA можно предварительно обработать, чтобы обеспечить правильное формирование вторичной структуры, путем нагревания (например, до 95°С в течение 2 минут), а затем оставить его для медленного охлаждения до комнатной температуры.[00134] If the endonuclease is a nucleic acid-regulated endonuclease, a nucleoprotein complex (e.g., a ribonucleoprotein complex, RNP) is assembled and the endonuclease is added to the reaction mixture in the form of the nucleoprotein complex. The nucleoprotein complex comprises an endonuclease and a nucleic acid that targets another nucleic acid (NATNA), e.g., a CRISPR guide RNA (crRNA) such as crRNA for Cas12a (Cpfl), the relevant sequences of which can be found, e.g., in Yamano T., et al., (2016) Crystal structure of Cpf1 In complex with guide RNA and target DNA., Cell 165:P94 9. To assemble the nucleoprotein complex, NATNTA is incubated with the endonuclease under suitable conditions, e.g., at 37°C for 10 minutes. NATNTA can be pretreated to ensure proper secondary structure formation by heating (e.g., to 95°C for 2 minutes) and then allowing it to cool slowly to room temperature.
[00135] Затем оценивают флуоресценцию реакционной смеси. Для субстратов, защищенных экзонуклеазой, флуоресцентный сигнал генерируется только тогда, когда присутствуют как экзонуклеаза, так и эндонуклеаза.[00135] The fluorescence of the reaction mixture is then assessed. For exonuclease-protected substrates, a fluorescent signal is generated only when both exonuclease and endonuclease are present.
[00136] В некоторых вариантах осуществления изобретения, линейный диапазон анализа в отношении концентрации эндонуклеазы и концентрации субстрата нуклеиновой кислоты тестируют для определения оптимального диапазона концентрации субстрата и чувствительности в отношении концентрации эндонуклеазы.[00136] In some embodiments of the invention, the linear range of the assay with respect to the endonuclease concentration and the nucleic acid substrate concentration is tested to determine the optimal range of substrate concentration and sensitivity with respect to the endonuclease concentration.
[00137] В некоторых своих вариантах, настоящее изобретение относится к композиции для обнаружения активности эндонуклеазы. Композиция включает субстрат нуклеиновой кислоты, описанный ы нвстоящей заявке и дополнительно содержащий 3'-5'-экзонуклеазу (или 5'-3-экзонуклеазу, или обе эти экзонуклеазы), ингибируемую структурами на 3'-концах (или 5'-концах, или обоих концах) субстрата. Композиция содержит субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты, содержащий: донорный флуорофор и акцепторный флуорофор (или репортерный флуорофор и флуорофор-гаситель), где указанные флуорофоры образуют пару для переноса резонансноой энергии флуоресценции (FRET); структуру на каждом конце, ингибирующую расщепление субстрата экзонуклеазой; и последовательность распознавания тестируемой эндонуклеазы.[00137] In some embodiments, the present invention relates to a composition for detecting endonuclease activity. The composition comprises a nucleic acid substrate as described herein and further comprising a 3'-5' exonuclease (or a 5'-3 exonuclease, or both of these exonucleases) inhibited by structures at the 3' ends (or 5' ends, or both ends) of the substrate. The composition comprises a double-stranded nucleic acid substrate comprising: a donor fluorophore and an acceptor fluorophore (or a reporter fluorophore and a quencher fluorophore), wherein the fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair; a structure at each end that inhibits cleavage of the substrate by the exonuclease; and a recognition sequence for the endonuclease to be tested.
[00138] Композиция также может содержать экзонуклеазу. В зависимости от концов, генерируемых эндонуклеазой, композиция содержит 3'-5'-экзонуклеазу или 5'-3'-экзонуклеазу или смесь обеих этих экзонуклеаз. В некоторых вариантах осуществления изобретения, сигнал усиливается за счет наличия более, чем одного флуорофора на субстрат.В некоторых вариантах осуществления изобретения, конкретные свойства тестируемой эндонуклеазы неизвестны. В таких вариантах осуществления изобретения, оба конца обеих цепей помечены с учетом всех возможных ориентаций и химических процессов расщепления нуклеиновой кислоты. В некоторых таких вариантах осуществления изобретения, концы помечены разными флуорофорами, излучающими на разных длинах волн. Длина волны излучения указывает на идентичность расщепленной цепи и химический процесс расщепления. Для 3'-5'-экзонуклеазы, субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты имеет структуру на каждом 3'-конце, ингибирующую расщепление субстрата экзонуклеазой. Для 5'-3'-экзонуклеазы, субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты имеет структуру на каждом 5'-конце, ингибирующую расщепление субстрата экзонуклеазой. В некоторых вариантах осуществления изобретения используется смесь 3'-5'-экзонуклеазы и 5'-3'-экзонуклеазы. В таких вариантах осуществления изобретения, как 3'-конец, так и 5'-конец субстрата защищены структурой, ингибирующей экзонуклеазу.[00138] The composition may also comprise an exonuclease. Depending on the ends generated by the endonuclease, the composition comprises a 3'-5' exonuclease or a 5'-3' exonuclease, or a mixture of both. In some embodiments, the signal is enhanced by the presence of more than one fluorophore per substrate. In some embodiments, the specific properties of the endonuclease being tested are unknown. In such embodiments, both ends of both strands are labeled to account for all possible orientations and nucleic acid cleavage chemistries. In some such embodiments, the ends are labeled with different fluorophores emitting at different wavelengths. The emission wavelength indicates the identity of the cleaved strand and the cleavage chemistry. For a 3'-5' exonuclease, the double-stranded nucleic acid substrate has a structure at each 3' end that inhibits cleavage of the substrate by the exonuclease. For a 5'-3' exonuclease, the double-stranded nucleic acid substrate has a structure at each 5' end that inhibits cleavage of the substrate by the exonuclease. In some embodiments, a mixture of a 3'-5' exonuclease and a 5'-3' exonuclease is used. In such embodiments, both the 3' and 5' ends of the substrate are protected by an exonuclease-inhibiting structure.
[00139] В некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат предназначен для размещения нескольких типов эндонуклеаз, включая эндонуклеазы, биохимические свойства которых не полностью известны на момент тестирования. Такой субстрат будет иметь пару флуорофора и гасителя, расположенную на обоих концах обеих цепей или рядом с ними. Такой дважды меченный субстрат может быть использован в реакционной смеси, содержащей экзонуклеазу, способную гидролизоваться в обоих направлениях (например, экзонуклеазу V или экзонуклеазу VII).[00139] In some embodiments of the invention, the substrate is designed to accommodate multiple types of endonucleases, including endonucleases whose biochemical properties are not fully known at the time of testing. Such a substrate will have a fluorophore and quencher pair located at or near both ends of both strands. Such a doubly labeled substrate can be used in a reaction mixture containing an exonuclease capable of hydrolyzing in both directions (e.g., exonuclease V or exonuclease VII).
[00140] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, тестируемая с помощью композиции, представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой. В таких вариантах осуществления изобретения, в композиции также присутствует NATNA. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR, a NATNA представляет собой руководящую РНК.[00140] In some embodiments of the invention, the endonuclease tested by the composition is a nucleic acid-regulated endonuclease. In such embodiments, NATNA is also present in the composition. In some embodiments, the endonuclease is a CRISPR endonuclease and NATNA is a guide RNA.
[00141] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, тестируемая с помощью композиции, представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса I (CASCADE), где субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты в композиции включает мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3', и 5'-TTG-3'. В тех вариантах осуществления изобретения, где эндонуклеаза, тестируемая с помощью композиции, представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса II, субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты в композиции включает мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3' и 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' и 5'-TTTV-3'.[00141] In some embodiments of the invention, the endonuclease tested by the composition is a class I CRISPR endonuclease (CASCADE), wherein the double-stranded nucleic acid substrate in the composition includes a protospacer adjacent motif (PAM) and consisting of a sequence selected from 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3', and 5'-TTG-3'. In those embodiments of the invention where the endonuclease tested by the composition is a class II CRISPR endonuclease, the double-stranded nucleic acid substrate in the composition includes a protospacer adjacent motif (PAM) and consists of a sequence selected from 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3' and 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' and 5'-TTTV-3'.
[00142] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, тестируемая с помощью композиции, представляет собой одну из нуклеазы «цинковые пальцы» (ZFN), ZFN, конъюгированной с Fok I, эффекторной нуклеазы, подобной активатору транскрипции (TALEN), одноцепочечной эндонуклеазы Endo ТТ, эндонуклеазы Argonaute, эндонуклеазы Arcus, эндорибонуклеазы, выбранной из РНКазы III, РНКазы А, РНКазы Т1, РНКазы А, РНКазы Н, РНКазы Z и РНКазы Р, Cas3 и Cas7-11, и рестриктирующей эндонуклеазы. В этих вариантах осуществления изобретения, субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты в композиции включает подходящий сайт распознавания.[00142] In some embodiments, the endonuclease tested by the composition is one of a zinc finger nuclease (ZFN), Fok I-conjugated ZFN, a transcription activator-like effector nuclease (TALEN), Endo TT single-stranded endonuclease, Argonaute endonuclease, Arcus endonuclease, an endoribonuclease selected from RNase III, RNase A, RNase T1, RNase A, RNase H, RNase Z and RNase P, Cas3 and Cas7-11, and a restriction endonuclease. In these embodiments, the double-stranded nucleic acid substrate in the composition includes a suitable recognition site.
[00143] В некоторых вариантах осуществления изобретения, композиция содержит экзонуклеазу III, субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты, включающий (i) оба 3'-конца, содержащие одну или более дцДНК, защищенных фосфоротиоатом; (ii) репортерный флуорофор и (iii) совместимый гаситель флуоресценции, расположенный так, чтобы гасить донорскую флуоресценцию, если субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты является интактным, и представляющую интерес эндонуклеазу.[00143] In some embodiments of the invention, the composition comprises exonuclease III, a double-stranded nucleic acid substrate comprising (i) both 3' ends containing one or more dsDNAs protected with phosphorothioate; (ii) a reporter fluorophore, and (iii) a compatible fluorescence quencher positioned to quench donor fluorescence if the double-stranded nucleic acid substrate is intact, and the endonuclease of interest.
[00144] В некоторых своих вариантах, настоящее изобретение относится к способу, подходящему для его применения в качестве удобного инструмента для оценки, скрининга, тестирования или сравнения нескольких эндонуклеаз. Этот инструмент дополнительно позволяет оценить набор условий эндонуклеазного расщепления, что позволяет определить, какое из условий обеспечивает самый высокий уровень или скорость эндонуклеазной активности. Такой инструмент также позволяет оценить методы выделения и очистки эндонуклеазы. В частности, этот инструмент можно применять для сравнения фракций выделения белка, чтобы идентифицировать фракцию, содержащую выделенный белок. В таких вариантах осуществления изобретения, модификацию вводят для того, чтобы гарантировать, что все компоненты, например, эндонуклеаза, экзонуклеаза, NATNA (если она используется) будут обладать активностью и будут по меньшей мере частично защищены от ферментативного расщепления в неочищенном препарате. Такой инструмент можно быстро применять к вновь образованным фракциям, например, для мониторинга процесса очистки белка. Более того, этот инструмент может быть применен для скрининга множества субстратов эндонуклеазы, имеющих разные последовательности, чтобы быстро идентифицировать последовательность-мишень эндонуклеазы.[00144] In some embodiments, the present invention provides a method suitable for use as a convenient tool for evaluating, screening, testing, or comparing multiple endonucleases. This tool further allows for the evaluation of a set of endonuclease cleavage conditions, which allows for the determination of which condition provides the highest level or rate of endonuclease activity. This tool also allows for the evaluation of endonuclease isolation and purification methods. In particular, this tool can be used to compare protein isolation fractions to identify the fraction containing the isolated protein. In such embodiments, a modification is introduced to ensure that all components, for example, the endonuclease, exonuclease, NATNA (if used) will have activity and will be at least partially protected from enzymatic cleavage in the crude preparation. This tool can be rapidly applied to newly formed fractions, for example, to monitor the protein purification process. Moreover, this tool can be applied to screen multiple endonuclease substrates with different sequences to quickly identify the endonuclease target sequence.
[00145] Способы и композиции, раскрытые в настоящей заявке, могут быть применены в диагностическом анализе. В некоторых своих вариантах, настоящее изобретение относится к способу обнаружения присутствия конкретной нуклеиновой кислоты в образце, где нуклеиновая кислота содержит последовательность распознавания эндонуклеазы. В некоторых вариантах осуществления изобретения, образец представляет собой образец, взятый у пациента. Нуклеиновая кислота может быть характерна для микроорганизма, включая вирус или бактерию. Нуклеиновая кислота также может содержать полиморфизм или последовательность, наличие которой связано с заболеванием или состоянием, которое может быть обнаружено у пациента.[00145] The methods and compositions disclosed herein can be used in a diagnostic assay. In some embodiments, the present invention relates to a method for detecting the presence of a particular nucleic acid in a sample, wherein the nucleic acid comprises an endonuclease recognition sequence. In some embodiments, the sample is a sample taken from a patient. The nucleic acid can be characteristic of a microorganism, including a virus or bacterium. The nucleic acid can also contain a polymorphism or sequence, the presence of which is associated with a disease or condition that can be detected in the patient.
[00146] Этот способ включает манипуляцию с нуклеиновыми кислотами, выделенными из образца. В некоторых вариантах осуществления изобретения, образец получают у индивидуума или пациента. В некоторых вариантах осуществления изобретения, образец может содержать фрагмент твердой ткани или солидной опухоли, полученный от индивидуума или пациента, например, путем биопсии. Образец может также включать физиологические жидкости, которые могут содержать нуклеиновые кислоты (например, мочу, мокроту, сыворотку, кровь или фракции крови, то есть, плазму, лимфу, слюну, мокроту, пот, слезу, спинномозговую жидкость, амниотическую жидкость, синовиальную жидкость, перикардиальную жидкость, перитонеальную жидкость, плевральную жидкость, кистозную жидкость, желчь, желудочный сок, кишечную жидкость или образцы кала). В других вариантах осуществления изобретения, образец представляет собой культивированный образец, например, культуру ткани, содержащую клетки и жидкости, из которых можно выделить нуклеиновые кислоты. В некоторых вариантах осуществления изобретения, представляющие интерес нуклеиновые кислоты, присутствующие или предположительно присутствующие в образце, происходят от инфекционных агентов, таких как вирусы, бактерии, простейшие или грибы.[00146] This method includes manipulating nucleic acids isolated from a sample. In some embodiments, the sample is obtained from an individual or a patient. In some embodiments, the sample may comprise a fragment of solid tissue or a solid tumor obtained from the individual or patient, such as by biopsy. The sample may also include bodily fluids that may contain nucleic acids (e.g., urine, sputum, serum, blood or blood fractions, i.e., plasma, lymph, saliva, sputum, sweat, tears, cerebrospinal fluid, amniotic fluid, synovial fluid, pericardial fluid, peritoneal fluid, pleural fluid, cystic fluid, bile, gastric juice, intestinal fluid, or stool samples). In other embodiments, the sample is a cultured sample, such as a tissue culture containing cells and fluids from which nucleic acids can be isolated. In some embodiments of the invention, the nucleic acids of interest present or suspected to be present in the sample are derived from infectious agents such as viruses, bacteria, protozoa, or fungi.
[00147] В некоторых вариантах осуществления изобретения, способ включает процедуру предварительной амплификации, при которой нуклеиновую кислоту в образце амплифицируют посредством полимеразной цепной реакции (ПЦР), в результате которой из каждой нуклеиновой кислоты-мишени генерируется специфический ампликон. В некоторых вариантах осуществления изобретения, флуорофор, гаситель и концевая защита встраиваются в ампликон путем лигирования адаптеров. Формирование тупых концов, А-хвоста и лигирование адаптера можно осуществлять с помощью разработанных методов, например, в сочетании с формированием библиотеки последовательностей для массового параллельного секвенирования. В некоторых вариантах осуществления изобретения, флуорофор, гаситель и концевая защита включены непосредственно в праймеры для амплификации. Избыточные праймеры или адаптеры, содержащие флуорофор, гаситель и концевую защиту, можно удалить с помощью процедуры очистки перед проведением эндонуклеазного анализа. Ампликон, включающий флуорофор, гаситель и концевую защиту, представляет собой субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты, используемый непосредственно в способе, раскрытом в нвстоящей заявке.[00147] In some embodiments, the method includes a pre-amplification procedure in which a nucleic acid in a sample is amplified by a polymerase chain reaction (PCR), resulting in the generation of a specific amplicon from each target nucleic acid. In some embodiments, a fluorophore, a quencher, and an end protection are incorporated into the amplicon by ligation of adapters. Formation of blunt ends, A-tailing, and adapter ligation can be performed using established methods, for example, in combination with the formation of a sequence library for massively parallel sequencing. In some embodiments, the fluorophore, quencher, and end protection are included directly in the amplification primers. Excess primers or adapters containing a fluorophore, quencher, and end protection can be removed by a purification procedure prior to endonuclease analysis. An amplicon comprising a fluorophore, a quencher and an end protection is a double-stranded nucleic acid substrate used directly in the method disclosed in this application.
[00148] В некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат эндонуклеазы, который представляет собой зонд, содержащий флуорофор, гаситель и концевую защиту, гибридизуют с нуклеиновой кислотой-мишенью или ампликоном нуклеиновой кислоты-мишени в образце. В некоторых вариантах осуществления изобретения, зонд, нуклеиновая кислота-мишень или ампликон являются одноцепочечными. В некоторых вариантах осуществления изобретения, зонд, нуклеиновая кислота-мишень или ампликон являются двухцепочечными, но перед гибридизацией с зондом становятся одноцепочечными. Дуплекс, образованный нуклеиновой кислотой=мишенью, гибридизованной с зондом, включающим флуорофор, гаситель и концевую защиту, становится субстратом двухцепочечной нуклеиновой кислоты, используемым непосредственно в способе, раскрытом в настоящей заявке.[00148] In some embodiments, an endonuclease substrate, which is a probe comprising a fluorophore, a quencher, and an end protection, hybridizes to a target nucleic acid or an amplicon of a target nucleic acid in a sample. In some embodiments, the probe, target nucleic acid, or amplicon is single-stranded. In some embodiments, the probe, target nucleic acid, or amplicon is double-stranded, but becomes single-stranded before hybridization with the probe. The duplex formed by the nucleic acid=target hybridized to the probe comprising a fluorophore, a quencher, and an end protection becomes a double-stranded nucleic acid substrate used directly in the method disclosed herein.
[00149] Субстрат нуклеиновой кислоты, полученный любым из альтернативных способов, описанных выше, содержит диагностически значимую последовательность нуклеиновой кислоты, подлежащую анализу. В некоторых вариантах осуществления изобретения, субстрат нуклеиновой кислоты подвергают контактированию с эндонуклеазой, нацеленной на представляющую интерес последовательность, например, последовательность, характерную для микроорганизма, или последовательность, содержащую полиморфизм, или последовательность, присутствие которой связано с заболеванием или состоянием, которое может быть обнаружено у пациента. Эндонуклеаза осуществляет расщепление только в том случае, если представляющая интерес последовательность, содержащая сайт расщепления эндонуклеазой, присутствует в субстрате нуклеиновой кислоты.[00149] A nucleic acid substrate obtained by any of the alternative methods described above contains a diagnostically significant nucleic acid sequence to be analyzed. In some embodiments of the invention, the nucleic acid substrate is contacted with an endonuclease that targets a sequence of interest, such as a sequence characteristic of a microorganism, or a sequence containing a polymorphism, or a sequence the presence of which is associated with a disease or condition that can be detected in a patient. The endonuclease cleaves only if the sequence of interest, containing an endonuclease cleavage site, is present in the nucleic acid substrate.
[00150] В описанном здесь диагностическом анализе, особенно выгодными являются эндонуклеазы CRISPR. Руководящая РНК для эндонуклеазы CRISPR (например, cr-РНК) может быть создана для гибридизации с любой представляющей интерес диагностической последовательностью. Образец подвергают контактированию с зондом, содержащим флуорофор, гаситель и концевую защиту и способным гибридизоваться с нуклеиновой кислотой-мишенью, представляющей диагностический интерес. Затем, образец подвергают контактированию с руководящей РНК, способной гибридизоваться с нуклеиновой кислотой-мишенью. Эндонуклеаза CRSIPR осуществляет расщепление, а флуоресценция становится обнаруживаемой только в том случае, если в образце присутствует последовательность, способная гибридизоваться с зондом, и сконструированная руководящая РНК.[00150] In the diagnostic assay described herein, CRISPR endonucleases are particularly advantageous. A guide RNA for a CRISPR endonuclease (e.g., crRNA) can be designed to hybridize to any diagnostic sequence of interest. A sample is contacted with a probe containing a fluorophore, a quencher, and an end protector and capable of hybridizing to a target nucleic acid of diagnostic interest. The sample is then contacted with a guide RNA capable of hybridizing to the target nucleic acid. The CRSIPR endonuclease cleaves, and fluorescence becomes detectable only if a sequence capable of hybridizing to the probe and the designed guide RNA are present in the sample.
[00151] В некоторых вариантах осуществления изобретения, диагностический метод является мультиплексным, то есть, в одной и той же реакционной смеси обнаруживают несколько последовательностей-мишеней. В таких вариантах осуществления изобретения, к образцу добавляют несколько зондов нуклеиновой кислоты. В тех вариантах осуществления изобретения, где эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR, к образцу также добавляют несколько руководящих РНК, и одна и та же эндонуклеаза CRISPR выполняет расщепление, приводящее к продуцированию детектируемого сигнала. В некоторых вариантах осуществления изобретения, каждый из различных зондов помечен различными флуорофорами. В некоторых вариантах осуществления изобретения, все или некоторые из различных зондов помечены одной и той же меткой, например, одной меткой для набора зондов, гибридизующихся с бактериальными последовательностями, и другой меткой для набора зондов, гибридизующихся с вирусными последовательностями, или одной меткой для набора зондов, гибридизующихся с последовательностями грамположительных бактерий, и еще одной меткой для набора зондов, гибридизующихся с последовательностями грамотрицательных бактерий.[00151] In some embodiments of the invention, the diagnostic method is multiplexed, meaning that multiple target sequences are detected in the same reaction mixture. In such embodiments, multiple nucleic acid probes are added to the sample. In those embodiments where the endonuclease is a CRISPR endonuclease, multiple guide RNAs are also added to the sample, and the same CRISPR endonuclease performs the cleavage resulting in the production of a detectable signal. In some embodiments, each of the different probes is labeled with different fluorophores. In some embodiments of the invention, all or some of the different probes are labeled with the same label, such as one label for a set of probes that hybridize to bacterial sequences and another label for a set of probes that hybridize to viral sequences, or one label for a set of probes that hybridize to Gram-positive bacterial sequences and another label for a set of probes that hybridize to Gram-negative bacterial sequences.
[00152] Эндонуклеаза и экзонуклеаза могут быть добавлены в образец последовательно или одновременно. Эндонуклеаза и экзонуклеаза могут быть добавлены к образцу до добавления субстрата двухцепочечной нуклеиновой кислоты. Экзонуклеаза выполняет расщепление цепи (гидролиз) только в том случае, если эндонуклеаза ранее выполнила расщепление, создавая, таким образом, конец, доступный для экзонуклеазы. бидролиз субстрата двухцепочечной нуклеиновой кислоты экзонуклеазой разделяет флуорофор и гаситель, что приводит к обнаружению флуоресцентного сигнала. Наличие флуоресцентного сигнала указывало на наличие представляющей интерес последовательности в образце. В некоторых вариантах осуществления изобретения, анализ включает стадию сообщения о том, что представляющая интерес последовательность (например, последовательность, характерная для микроорганизма или полиморфизма, или последовательность, присутствие которой связано с заболеванием или состоянием, которое может быть обнаружено у пациента) присутствует в образце.[00152] The endonuclease and exonuclease may be added to the sample sequentially or simultaneously. The endonuclease and exonuclease may be added to the sample before adding the double-stranded nucleic acid substrate. The exonuclease cleaves the strand (hydrolyzes) only if the endonuclease has previously cleaved, thereby creating an end accessible to the exonuclease. Bihydrolysis of the double-stranded nucleic acid substrate by the exonuclease separates the fluorophore and quencher, resulting in detection of a fluorescent signal. The presence of a fluorescent signal indicates the presence of a sequence of interest in the sample. In some embodiments, the assay includes the step of reporting that a sequence of interest (e.g., a sequence characteristic of a microorganism or polymorphism, or a sequence the presence of which is associated with a disease or condition that can be detected in a patient) is present in the sample.
[00153] В некоторых своих вариантах, настоящее изобретение относится к набору для обнаружения активности эндонуклеазы. Этот набор включает аликвоту субстрата нуклеиновой кислоты, описанного в настоящей заявке. Композиция содержит субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты, содержащий: донорный флуорофор и акцепторный флуорофор (или репортерный флуорофор и флуорофор-гаситель), где указанные флуорофоры образуют пару для переноса резонансной энергии флуоресценции (FRET); структуру на каждом конце, ингибирующую расщепление субстрата экзонуклеазой; и последовательность распознавания тестируемой эндонуклеазы.[00153] In some embodiments, the present invention relates to a kit for detecting endonuclease activity. The kit includes an aliquot of a nucleic acid substrate described herein. The composition comprises a double-stranded nucleic acid substrate comprising: a donor fluorophore and an acceptor fluorophore (or a reporter fluorophore and a quencher fluorophore), wherein the fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair; a structure at each end that inhibits cleavage of the substrate by an exonuclease; and a recognition sequence for the endonuclease being tested.
[00154] Набор может дополнительно содержать аликвоту экзонуклеазы. В зависимости от концов, генерируемых эндонуклеазой, набор включает 3'-5'-экзонуклеазу или 5'-3'-экзонуклеазу. Для 3'-5'-экзонуклеазы, субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты имеет структуру на каждом 3'-конце, ингибирующую расщепление субстрата экзонуклеазой. Для 5'-3'-экзонуклеазы, субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты имеет структуру на каждом 5'-конце, ингибирующую расщепление субстрата экзонуклеазой. Набор может содержать как 3'-5'-экзонуклеазу, так и 5'-3'-экзонуклеазу. Набор может содержать субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты, который имеет структуры как на 3'-концах, так и на 5'-концах, ингибирующие расщепление субстрата экзонуклеазой.[00154] The kit may further comprise an aliquot of an exonuclease. Depending on the ends generated by the endonuclease, the kit comprises a 3'-5' exonuclease or a 5'-3' exonuclease. For a 3'-5' exonuclease, the double-stranded nucleic acid substrate has a structure at each 3' end that inhibits cleavage of the substrate by the exonuclease. For a 5'-3' exonuclease, the double-stranded nucleic acid substrate has a structure at each 5' end that inhibits cleavage of the substrate by the exonuclease. The kit may comprise both a 3'-5' exonuclease and a 5'-3' exonuclease. The kit may contain a double-stranded nucleic acid substrate that has structures at both the 3' and 5' ends that inhibit cleavage of the substrate by an exonuclease.
[00155] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, тестируемая с помощью набора, представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой. В таких вариантах осуществления изобретения, набор может также включать аликвоту NATNA. В некоторых вариантах осуществления изобретения, тестируемая эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR, a NATNA, присутствующая в наборе, представляет собой руководящую РНК.[00155] In some embodiments of the invention, the endonuclease tested by the kit is a nucleic acid-regulated endonuclease. In such embodiments, the kit may also include an aliquot of NATNA. In some embodiments, the endonuclease tested is a CRISPR endonuclease, and the NATNA present in the kit is a guide RNA.
[00156] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, подлежащая тестированию с помощью набора, представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса I (CASCADE), а субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты, включенный в набор, включает мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3' и 5'-TTG-3'. В тех вариантах осуществления изобретения, где эндонуклеаза, подлежащая тестированию с помощью набора, представляет собой эндонуклеазу CRISPR класса II, субстрат двухцепочечной нуклеиновой кислоты, включенный в набор, содержит мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) и состоящий из последовательности, выбранной из 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3' и 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' и 5'-TTTV-3'.[00156] In some embodiments, the endonuclease to be tested by the kit is a class I CRISPR endonuclease (CASCADE), and the double-stranded nucleic acid substrate included in the kit includes a protospacer adjacent motif (PAM) consisting of a sequence selected from 5'-AAG-3', 5'-AGG-3', 5'-ATG-3', 5'-GAG-3', 5'-CAG-3', 5'-GTG-3', 5'-TAA-3', 5'-TGG-3', 5'-AAA-3', 5'-AAC-3', 5'-AAT-3', 5'-ATA-3', 5'-TAG-3', and 5'-TTG-3'. In those embodiments of the invention where the endonuclease to be tested by the kit is a class II CRISPR endonuclease, the double-stranded nucleic acid substrate included in the kit comprises a protospacer adjacent motif (PAM) and consisting of a sequence selected from 5'-NGG-3', 5'-NGGNG-3', 5'-NNAAAAW-3', 5'-NNNNGATT-3', 5'-GNNNCNNA-3' and 5'-NNNACA-3', 5'-TTN-3', 5'-TTTN-3' and 5'-TTTV-3'.
[00157] В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза, подлежащая тестированию с помощью набора, представляет собой одну из нуклеазы «цинковые пальцы» (ZFN), ZFN, конъюгированной с Fok I, эффекторной нуклеазы, подобной активатору транскрипции (TALEN), одноцепочечной эндонуклеазы Endo ТТ, эндонуклеазы Argonaute, эндонуклеазы Arcus, эндорибонуклеазы, выбранной из РНКазы III, РНКазы А, РНКазы Т1, РНКазы А, РНКазы Н, РНКазы Z и РНКазы Р, Cas3 и Cas7-11, и рестриктирующей эндонуклеазы. В этих вариантах осуществления изобретения, субстрат нуклеиновой кислоты, включенный в набор, содержит подходящий сайт распознавания.[00157] In some embodiments, the endonuclease to be tested by the kit is one of a zinc finger nuclease (ZFN), Fok I-conjugated ZFN, a transcription activator-like effector nuclease (TALEN), Endo TT single-stranded endonuclease, Argonaute endonuclease, Arcus endonuclease, an endoribonuclease selected from RNase III, RNase A, RNase T1, RNase A, RNase H, RNase Z and RNase P, Cas3 and Cas7-11, and a restriction endonuclease. In these embodiments, the nucleic acid substrate included in the kit comprises a suitable recognition site.
[00158] В некоторых вариантах осуществления изобретения, набор дополнительно содержит инструкции по выполнению метода тестирования активности эндонуклеазы способом, описанным в настоящей заявке.[00158] In some embodiments of the invention, the kit further comprises instructions for performing a method for testing endonuclease activity in the manner described herein.
[00159] В некоторых своих вариантах, настоящее изобретение относится к набору для проведения диагностической процедуры. Этот набор включает аликвоту зонда, способного гибридизоваться с нуклеиновой кислотой-мишенью, представляющей диагностический интерес, и содержащего донорный флуорофор и акцепторный флуорофор (или репортерный флуорофор и флуорофор-гаситель), где указанные флуорофоры образуют пару для переноса резонансной энергии флуоресценции (FRET); структуру на каждом конце, ингибирующую расщепление субстрата экзонуклеазой; и последовательность распознавания тестируемой эндонуклеазы. Набор может дополнительно содержать аликвоту экзонуклеазы и эндонуклеазы. Экзонуклеаза способна ингибироваться ингибирующими структурами, присутствующими на зонде. Эндонуклеаза способна связывать и расщеплять дуплекс, образованный зондом и последовательностью-мишенью. В некоторых вариантах осуществления изобретения, эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу, регулируемую нуклеиновой кислотой. В таких вариантах осуществления изобретения, набор может также включать аликвоту NATNA, способную гибридизоваться с нуклеиновой кислотой-мишенью. В некоторых вариантах осуществления изобретения, тестируемая эндонуклеаза представляет собой эндонуклеазу CRISPR, a NATNA, присутствующая в наборе, представляет собой руководящую РНК.[00159] In some embodiments, the present invention relates to a kit for performing a diagnostic procedure. The kit includes an aliquot of a probe capable of hybridizing with a target nucleic acid of diagnostic interest and comprising a donor fluorophore and an acceptor fluorophore (or a reporter fluorophore and a quencher fluorophore), wherein the fluorophores form a fluorescence resonance energy transfer (FRET) pair; a structure at each end that inhibits cleavage of the substrate by an exonuclease; and a recognition sequence for the endonuclease being tested. The kit may further comprise an aliquot of an exonuclease and an endonuclease. The exonuclease is capable of being inhibited by inhibitory structures present on the probe. The endonuclease is capable of binding and cleaving a duplex formed by the probe and the target sequence. In some embodiments, the endonuclease is a nucleic acid-regulated endonuclease. In such embodiments, the kit may also include an aliquot of NATNA capable of hybridizing to the target nucleic acid. In some embodiments, the test endonuclease is a CRISPR endonuclease, and the NATNA present in the kit is a guide RNA.
[00160] В некоторых вариантах осуществления изобретения, набор дополнительно содержит инструкции по проведению диагностического анализа, описанного в нвстоящей заявке.[00160] In some embodiments of the invention, the kit further comprises instructions for performing the diagnostic assay described herein.
[00161] Раскрытый здесь способ может быть реализован с помощью специализированного устройства. В некоторых своих вариантах, настоящее изобретение относится к устройству для обнаружения активности эндонуклеазы, содержащему одну или более реакционных камер для проведения ферментативных реакций, и детектор флуоресценции. Это устройство может дополнительно содержать средства для доставки и дозирования компонентов описанных здесь реакционных смесей. Это устройство может быть адаптировано для высокопроизводительного скрининга, например, в многолуночных планшетах (в микролуночных планшетах).[00161] The method disclosed herein can be implemented using a specialized device. In some of its embodiments, the present invention relates to a device for detecting endonuclease activity, comprising one or more reaction chambers for carrying out enzymatic reactions, and a fluorescence detector. This device may further comprise means for delivering and dosing components of the reaction mixtures described herein. This device can be adapted for high-throughput screening, for example, in multi-well plates (in microwell plates).
[00162] Устройство может включать флуоресцентный считыватель многолуночных планшетов или пробирочный флуориметр, такой как устрайства, которые поставляются от Тесап, ThermoFisher Scientific (инструменты BioTek) и Molecular Devices.[00162] The device may include a multi-well plate fluorescence reader or a tube fluorometer, such as devices available from Tesap, ThermoFisher Scientific (BioTek Instruments), and Molecular Devices.
ПримерыExamples
[00163] Пример 1. Получение субстрата двухцепочечной эндонуклеазы[00163] Example 1. Obtaining a double-stranded endonuclease substrate
[00164] В этом примере была получена конструкция двухцепочечной нуклеиновой кислоты из 60 пар оснований, в которой 3'-концы обеих цепей были защищены серией фосфортиоатных связей, а одна цепь была помечена флуорофором и гасителем. Последние четыре фосфодиэфирные связи на 3'-концах обеих цепей были заменены фосфортиоатной связью. Концевой фосфатный фрагмент на 3'-конце каждой цепи также был заменен фосфортиоатом. Кроме того, цепь-мишень содержала связанный с тимином фрагмент флуоресцеина, включенный в 3-е нуклеотидное положение от 5'-конца, а гаситель Iowa Black® был присоединен к 5'-концу той же цепи. дцДНК-мишень включала хорошо охарактеризованную моделированную нацеливаемую последовательность AsCas12a, которая включает сайт расщепления фермента Cas12a (AsCas12a) Acidaminococcus sp.Расщепление происходит на расстоянии 19-28 п. о. от первого тимина мотива, смежного с протоспейсерном ТТТС (РАМ), который, в свою очередь, расположен в положении 16 от 5'-конца субстрата, а конечный нуклеотид спейсерной последовательности расположен в положении 39 с 5'-конца субстрата. Была получена вторая мишень дцДНК, которая была идентична первой, за исключением того, что у нее отсутствовала какая-либо концевая защита. Олигонуклеотиды с модификациями были заказаны у компании Integrated DNA Technologies (Coralville, Iowa).[00164] In this example, a 60-base pair double-stranded nucleic acid construct was prepared in which the 3' ends of both strands were protected by a series of phosphorothioate linkages, and one strand was labeled with a fluorophore and a quencher. The last four phosphodiester linkages at the 3' ends of both strands were replaced with a phosphorothioate linkage. The terminal phosphate moiety at the 3' end of each strand was also replaced with a phosphorothioate. In addition, the target strand contained a thymine-linked fluorescein moiety incorporated at the 3 nucleotide position from the 5' end, and an Iowa Black® quencher was attached to the 5' end of the same strand. The dsDNA target included a well-characterized model targeting sequence of AsCas12a, which includes the cleavage site of the Acidaminococcus sp. Cas12a (AsCas12a) enzyme. Cleavage occurs 19–28 bp from the first thymine of the motif adjacent to the TTTC protospacer (PAM), which is located at position 16 from the 5' end of the substrate, and the final nucleotide of the spacer sequence is located at position 39 from the 5' end of the substrate. A second dsDNA target was generated that was identical to the first except that it lacked any end protection. Oligonucleotides with modifications were ordered from Integrated DNA Technologies (Coralville, Iowa).
[00165] Двухцепочечный субстрат собирали из одноцепочечных SEQ ID NO: 1 и SEQ ID NO: 2. Двухцепочечную ДНК-мишень получали путем объединения цепи-мишени и комплементарных олигонуклеотидов нецелевых цепей в конечной концентрации 50 мкМ каждой в IX буфере ТЕ (10 мМ Трис-HCl (рН 8,0), 0,1 мМ EDTA), и для обеспечения правильного отжига дцДНК, смесь нагревали до 95°С в течение 2 минут, а затем медленно охлаждали до комнатной температуры.[00165] The double-stranded substrate was assembled from the single-stranded SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2. The double-stranded target DNA was prepared by combining the target strand and the complementary oligonucleotides of the non-target strands at a final concentration of 50 μM each in IX TE buffer (10 mM Tris-HCl (pH 8.0), 0.1 mM EDTA), and to ensure proper annealing of the dsDNA, the mixture was heated to 95°C for 2 minutes and then slowly cooled to room temperature.
Верхняя цепь (SEQ ID N0: 1):Upper chain (SEQ ID N0: 1):
5 ' -5 ' -
Нижняя цепь (SEQ ID N0: 2): 5 ' -Lower chain (SEQ ID N0: 2): 5 ' -
gcatacttagaggtctcgagcaaggagagagatggctccaggaaatgggtcgaca* с* c* a*t* g-3 'gcatacttagaggtctcgagcaaggagagatggctccaggaaatgggtcgaca* c* c* a*t* g-3 '
пЛ означает гаситель Iowa Black®p L stands for Iowa Black® damper
nt означает репортерный флуорофор флуоресцеинnt stands for reporter fluorophore fluorescein
* означает фосфоротиоатную связь* denotes phosphorothioate bond
Подчеркивание - мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) для Cas12a.Underlined - protospacer adjacent motif (PAM) for Cas12a.
Двойное подчеркивание - спейсерная область, гибридизующаяся с областью сг-РНК.Double underline is the spacer region that hybridizes with the sr-RNA region.
[00166] Контрольный двухцепочечный субстрат, лишенный фосфортиоатной защиты, собирали из одноцепочечных SEQ ID N0: 3 и SEQ ID N0: 4.[00166] A control double-stranded substrate lacking phosphorothioate protection was assembled from single-stranded SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4.
Верхняя цепь (без защиты от экзонуклеазы) (SEQ ID N0: 3): 5 ' -Top strand (not exonuclease protected) (SEQ ID NO: 3): 5' -
Нижняя цепь (без защиты от экзонуклеазы) (SEQ ID NO: 4): 5 ' -Lower strand (not exonuclease protected) (SEQ ID NO: 4): 5' -
gcatacttagaggtctcgagcaaggagagagatggctccaggaaatgggtcgacaccatg-3' n" означает гаситель пф означает флуорофорgcatacttagaggtctcgagcaaggagagagatggctccaggaaatgggtcgacaccatg-3' n" means quencher PF means fluorophore
Подчеркивание - мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) для Cas12a.Underlined - protospacer adjacent motif (PAM) for Cas12a.
Двойное подчеркивание - спейсерная область, гибридизующаяся с областью сг-РНК.Double underline is the spacer region that hybridizes with the sr-RNA region.
[00167] Пример 2. Применение флуоресцентного детектирования, связанного с экзонуклеазой[00167] Example 2. Use of exonuclease-linked fluorescence detection
[00168] В этом примере, субстраты, описанные в Примере 1, были инкубировали при 100 нМ с 0,5 ед./мкл экзонуклеазы III в IX NEBuffer™ 1, рН 7,0 при 37°С (оба от New England Biolabs, Ipswich, Mass.). Флуоресценцию контролировали в течение определенного периода времени на длине волны возбуждения 4 85 нм и длине волны излучения 520 нм. Флуоресцентный сигнал генерировался для незащищенного субстрата, но не для защищенного субстрата. Сигнал считывали с использованием планшета Spectramax i3x (Molecular Devices, San Jose, Cal.). Результаты представлены на фигуре 2. Усиление флуоресценции наблюдалось только на незащищенных субстратах в присутствии экзонуклеазы III.[00168] In this example, the substrates described in Example 1 were incubated at 100 nM with 0.5 U/μl exonuclease III in IX NEBuffer™ 1, pH 7.0, at 37°C (both from New England Biolabs, Ipswich, Mass.). Fluorescence was monitored over time at an excitation wavelength of 485 nm and an emission wavelength of 520 nm. A fluorescent signal was generated for the unprotected substrate, but not for the protected substrate. The signal was read using a Spectramax i3x plate (Molecular Devices, San Jose, Cal.). The results are shown in Figure 2. An increase in fluorescence was observed only on unprotected substrates in the presence of exonuclease III.
[00169] Пример 3. Расщепление субстрата эндонуклеазой Cas12a[00169] Example 3. Cleavage of substrate by endonuclease Cas12a
[00170] В этом примере, авторы продемонстрировали, что расщепление фосфоротиоат-защищенного субстрата дцДНК под действием AsCas12a делает фосфоротиоат-защищенный субстрат восприимчивым к расщеплению экзонуклеазой III, что приводит к продуцированию флуоресцентного сигнала, который можно отслеживать в реальном времени.[00170] In this example, the authors demonstrated that cleavage of a phosphorothioate-protected dsDNA substrate by AsCas12a renders the phosphorothioate-protected substrate susceptible to exonuclease III cleavage, resulting in the production of a fluorescent signal that can be monitored in real time.
[00171][00171]
[00172] Была использована двухцепочечная ДНК-мишень длиной 60 п. о. (дцДНК), которая была защищена фосфортиоатом, как описано в Примере 1. Рибонуклеопротеин Cas12a (RNP), состоящий из Cas12a и руководящей РНК (cr-РНК), получали путем инкубирования очищенного рекомбинантного белка Cas12a при 37°С в течение 10 минут с синтетической cr-РНК. Перед образованием RNP, cr=РНК нагревали до 95°С в течение 2 минут и медленно охлаждали до комнатной температуры, чтобы обеспечить правильное формирование вторичной структуры. Компонент cr-РНК RNP обеспечивал специфичность к моделированной нацеливаемой последовательности AsCas12a, присутствующей в верхней цепи двухцепочечного субстрата. Защищенную дцДНК-мишень при 100 нМ инкубировали либо с 2,5 ед./мкл экзонуклеазы III отдельно, либо с 2,5 ед./мкл экзонуклеазы III и 112,5 нМ AsCas12a RNP. Инкубирование проводили в IX NEBuffer™ 1, рН 7,0. Контрольная реакционная смесь включала незащищенную дцДНК-мишень и экзонуклеазу III, но не RNP. Реакционные смеси инкубировали при 37°С и показания флуоресценции (возбуждение: 485 нм, излучение: 520 нм) регистрировали каждые 30 секунд в течение 600 минут с использованием планшета Spectramax i3x (Molecular Devices, San Jose, Cal.). Результаты показаны на фигуре 3. Быстрое увеличение флуоресценции наблюдалось только в присутствии Cas12a RNP, а не в контроле без RNP, что указывает на то, что дцДНК-мишень с защищенным концом разрушалась после расщепления Cas12a. Незащищенная дцДНК-мишень была расщеплена только экзонуклеазой III. Во время непрерывного считывания флуоресценции приблизительно через 200 минут после начала эксперимента произошло отключение электроэнергии. Показания были быстро возобновлены, но прерывание привело к резкому всплеску флуоресцентного сигнала для всех образцов, которые стабилизировались приблизительно через 10 минут, и показания были восстановлены.[00172] A 60 bp double-stranded DNA target (dsDNA) was used that was protected with phosphorothioate as described in Example 1. Cas12a ribonucleoprotein (RNP), consisting of Cas12a and guide RNA (crRNA), was generated by incubating purified recombinant Cas12a protein at 37°C for 10 minutes with synthetic crRNA. Prior to RNP formation, crRNA was heated to 95°C for 2 minutes and slowly cooled to room temperature to ensure proper secondary structure formation. The crRNA component of the RNP provided specificity for the modeled AsCas12a target sequence present in the upper strand of the double-stranded substrate. Protected dsDNA target at 100 nM was incubated with either 2.5 U/μL exonuclease III alone or 2.5 U/μL exonuclease III and 112.5 nM AsCas12a RNP. Incubations were performed in IX NEBuffer™ 1, pH 7.0. A control reaction mixture included unprotected dsDNA target and exonuclease III, but no RNP. Reaction mixtures were incubated at 37°C, and fluorescence readings (excitation: 485 nm, emission: 520 nm) were recorded every 30 seconds for 600 minutes using a Spectramax i3x plate reader (Molecular Devices, San Jose, Calif.). The results are shown in Figure 3. A rapid increase in fluorescence was observed only in the presence of Cas12a RNP, but not in the RNP-free control, indicating that the end-protected dsDNA target was degraded after Cas12a cleavage. The unprotected dsDNA target was cleaved only by exonuclease III. During continuous fluorescence reading, a power outage occurred approximately 200 minutes into the experiment. Readings quickly resumed, but the interruption resulted in a sharp spike in fluorescence signal for all samples, which stabilized after approximately 10 minutes, and readings were restored.
[00173] Пример 4. Линейный диапазон анализа в зависимости от концентрации RNP Cas12a.[00173] Example 4. Linear range of the assay as a function of Cas12a RNP concentration.
[00174] В этом примере, реакцию между двухцепочечный субстратом, RNP Cas12a и экзонуклеазой проводили, в основном, так же, как в Примере 3, но с использованием буфера IX Outsmart®, рН 7,9 (New England Biolabs, Ipswich, Mass.). Концентрации RNP варьировались от 0,11 нМ до 112,5 нМ. Негативный контроль не включал cr-РНК или RNP Cas12a. Позитивный контроль включал экзонуклеазу III только с незащищенным субстратом (см. Пример 1). Результаты показаны на фигуре 4. Существует прямая корреляция между концентрацией RNP и скоростью реакции. Реакции с более низкими концентрациями RNP показали плато при более низкой интенсивности флуоресценции. Заметное увеличение флуоресценции можно обнаружить даже для образца с концентрацией 0,11 нМ по сравнению с наблюдаемой флуоресценцией для реакции без Cas12a. Результаты указывают на линейную реакцию доза-ответ на концентрацию Cas12a от 0,11 до 7 нМ. Чувствительность анализа в широком диапазоне концентраций Cas12a подтверждает надежность этого анализа контроля качества (КК).[00174] In this example, the reaction between the double-stranded substrate, Cas12a RNP, and exonuclease was performed essentially the same as in Example 3, but using Outsmart® Buffer IX, pH 7.9 (New England Biolabs, Ipswich, Mass.). RNP concentrations ranged from 0.11 nM to 112.5 nM. The negative control did not include crRNA or Cas12a RNP. The positive control included exonuclease III with only the unprotected substrate (see Example 1). The results are shown in Figure 4. There is a direct correlation between the RNP concentration and the reaction rate. Reactions with lower RNP concentrations showed a plateau at a lower fluorescence intensity. A significant increase in fluorescence can be detected even for a sample concentration of 0.11 nM compared to the observed fluorescence for the reaction without Cas12a. The results indicate a linear dose-response relationship with Cas12a concentrations from 0.11 to 7 nM. The sensitivity of the assay over a wide range of Cas12a concentrations confirms the robustness of this quality control (QC) assay.
[00175] Пример 5. Подтверждение того, что экзонуклеаза, а не Cas12a, гидролизует ДНК.[00175] Example 5. Confirmation that an exonuclease, not Cas12a, hydrolyzes DNA.
[00176] Cas12a является уникальной среди эндонуклеаз тем, что она обладает неспецифической экзонуклеазной активностью («транс-расщеплением»). В этом Примере, авторы продемонстрировали, что экзонуклеаза III отвечает за расщепление дцДНК-мишени после первоначального расщепления Cas12a-RNP, а не за транс-активность самого Cas12a.[00176] Cas12a is unique among endonucleases in that it possesses non-specific exonuclease activity ("trans-cleavage"). In this example, the authors demonstrated that exonuclease III is responsible for cleavage of the dsDNA target after the initial cleavage of Cas12a-RNP, rather than for the trans-activity of Cas12a itself.
[00177] В этом Примере, реакцию между двухцепочечный субстратом, RNP Cas12a и экзонуклеазой проводили, в основном, так же, как в Примере 3, но с использованием NEBuffer™ 1, рН 7,0. Концентрация дцДНК варьировалась. Кроме того, контрольная реакционная смесь не содержала экзонуклеазы. Этот контроль был включен для того, чтобы определить, разрушает ли Cas12a субстрат самостоятельно (без экзонуклеазы) посредством вторичной неспецифической нуклеазной активности, известной как транс-активность. Результаты показаны на фигуре 5. Авторами наблюдалось некоторое увеличение флуоресценции в отсутствие экзонуклеазы III, что указывает на возможный ограниченный вклад гране-активности Cas12a в общий сигнал. Однако, максимальная скорость флуоресценции была приблизительно в 3,3 раза выше в присутствии экзонуклеазы III, что позволяет предположить, что экзонуклеаза III присутствует в достаточной концентрации, чтобы гарантировать, что скорость реакции не ограничивается трансактивностью Cas12a. Максимальная скорость наблюдалась для незащищенного субстрата дцДНК только с экзонуклеазой III, что указывает на то, что активность экзонуклеазы III не является ограничивающей по скорости.[00177] In this Example, the reaction between the double-stranded substrate, Cas12a RNP, and exonuclease was performed essentially the same as in Example 3, but using NEBuffer™ 1, pH 7.0. The concentration of dsDNA was varied. In addition, a control reaction mixture did not contain exonuclease. This control was included to determine whether Cas12a degrades the substrate on its own (without exonuclease) through a secondary non-specific nuclease activity known as trans-activity. The results are shown in Figure 5. We observed some increase in fluorescence in the absence of exonuclease III, indicating a possible limited contribution of Cas12a granule activity to the overall signal. However, the maximum fluorescence rate was approximately 3.3-fold higher in the presence of exonuclease III, suggesting that exonuclease III is present at sufficient concentration to ensure that the reaction rate is not limited by Cas12a transactivity. The maximum rate was observed for the unprotected dsDNA substrate with exonuclease III alone, indicating that exonuclease III activity is not rate-limiting.
[00178] Пример 6. Линейный диапазон анализа в зависимости от концентрации ДНК-субстрата[00178] Example 6. Linear range of the assay depending on the concentration of the DNA substrate
[00179] В этом Примере, реакцию между двухцепочечным субстратом, RNP Cas12a и экзонуклеазой проводили как описано в Примере 5. При сохранении всех остальных реагентов постоянными, концентрация ДНК-субстрата варьировалась от 2,06 нМ до 500 нМ. Результаты показаны на фигуре 6. Авторы настоящего изобретения заметили, что анализ является достаточно чувствительным для обнаружения последовательности дцДНК-мишени с концентарцией по меньшей мере 4,1 нМ и дает линейную реакцию доза-ответ в широком диапазоне концентраций дцДНК-мишени.[00179] In this Example, the reaction between the double-stranded substrate, Cas12a RNP, and exonuclease was performed as described in Example 5. With all other reagents held constant, the DNA substrate concentration was varied from 2.06 nM to 500 nM. The results are shown in Figure 6. The inventors observed that the assay is sensitive enough to detect a dsDNA target sequence at a concentration of at least 4.1 nM and yields a linear dose-response over a wide range of dsDNA target concentrations.
[00180] Пример 7 (прогностический). Расщепление субстрата эндонуклеазой Cas9[00180] Example 7 (prognostic). Cleavage of substrate by Cas9 endonuclease
[00181] В этом Примере, эксперимент, описанный в Примере 3, проводили с эндонуклеазой Cas9 вместо эндонуклеазы Cas12a. Двухцепочечная ДНК-мишень (дцДНК), защищенная фосфортиоатом, была аналогична SEQ ID NO: 1/SEQ ID NO: 2, за исключением того, что она содержала последовательность РАМ, распознаваемую Cas9. Кроме того, дцДНК-мишень содержит пару флуорофор-гаситель на 5'-конце нецелевой цепи, а также цепи-мишени. Инкубирование проводили в буфере IX Outsmart®. Рибонуклеопротеин Cas9 (RNP), состоящий из SpyCas9 (Streptococcus pyogenes Cas9) и руководящей РНК (cr-РНК), получали путем инкубирования очищенного рекомбинантного белка Cas9 при 3°С в течение 10 минут с синтетической cr-РНК. Компонент cr-РНК RNP обеспечивает специфичность к SpyCas9 и к двухцепочечному субстрату. Защищенную дцДНК-мишень инкубировали либо с экзонуклеазой III, либо с RNP Cas9. Были включены одна или более контрольных реакционных смесей, например, без RNP, без экзонуклеазы или без экзонуклеазной защиты. Реакцинные смеси инкубировали при 37°С, и показания флуоресценции, соответствующие длине волны излучения репортерного флуорофора, регистрировали каждые 30 секунд в течение 600 минут с использованием планшета Spectramax i3x (Molecular Devices, San Jose, Cal.).[00181] In this Example, the experiment described in Example 3 was performed with Cas9 endonuclease instead of Cas12a endonuclease. The phosphorothioate-protected double-stranded DNA target (dsDNA) was similar to SEQ ID NO: 1/SEQ ID NO: 2, except that it contained a PAM sequence recognized by Cas9. In addition, the dsDNA target contained a fluorophore-quencher pair at the 5' end of the non-target strand as well as the target strand. Incubation was performed in Outsmart® Buffer IX. Cas9 ribonucleoprotein (RNP), consisting of SpyCas9 (Streptococcus pyogenes Cas9) and guide RNA (crRNA), was prepared by incubating purified recombinant Cas9 protein at 3°C for 10 minutes with synthetic crRNA. The cr-RNA RNP component provides specificity for SpyCas9 and the double-stranded substrate. The protected dsDNA target was incubated with either exonuclease III or the Cas9 RNP. One or more control reaction mixtures were included, such as no RNP, no exonuclease, or no exonuclease protection. The reaction mixtures were incubated at 37°C, and fluorescence readings corresponding to the reporter fluorophore emission wavelength were recorded every 30 seconds for 600 minutes using a Spectramax i3x plate reader (Molecular Devices, San Jose, Calif.).
[00182] Пример 8 (прогностический). Расщепление субстрата рестриктирующей эндонуклеазой[00182] Example 8 (prognostic). Cleavage of substrate by restriction endonuclease
[00183] В этом Примере, эксперимент, описанный в Примере 3, проводили с рестриктирующей эндонуклеазой, например, рестриктирующей эндонуклеазой типа II, вместо эндонуклеазы Cas12a. Двухцепочечная ДНК-мишень (дцДНК), защищенная фосфортиоатом, аналогична SEQ ID NO: 1/SEQ ID NO: 2, за исключением того, что она содержит последовательность распознавания тестируемой рестриктирующей эндонуклеазы.[00183] In this Example, the experiment described in Example 3 was performed with a restriction endonuclease, such as a type II restriction endonuclease, instead of the Cas12a endonuclease. The phosphorothioate-protected double-stranded DNA (dsDNA) target is similar to SEQ ID NO: 1/SEQ ID NO: 2, except that it contains the recognition sequence of the restriction endonuclease being tested.
Защищенную дцДНК-мишень инкубировали с экзонуклеазой III и рестриктирующей эндонуклеазой в соответствующем буфере, подходящем как для активности рестриктирующей эндонуклеазы, так и для активности экзонуклеазы III. Были включены одна или более контрольных реакционных смесей, например, без рестриктирующей эндонуклеазы, без экзонуклеазы или без экзонуклеазной защиты. Реакционные смеси инкубировали при 37°С, и показания флуоресценции, соответствующие длине волны излучения репортерного флуорофора, регистрировали каждые 30 секунд в течение 600 минут с использованием планшета Spectramax i3x (Molecular Devices, San Jose, Cal.).The protected dsDNA target was incubated with exonuclease III and restriction endonuclease in an appropriate buffer suitable for both restriction endonuclease and exonuclease III activity. One or more control reaction mixtures were included, such as without restriction endonuclease, without exonuclease, or without exonuclease protection. The reaction mixtures were incubated at 37°C, and fluorescence readings corresponding to the emission wavelength of the reporter fluorophore were recorded every 30 seconds for 600 minutes using a Spectramax i3x plate reader (Molecular Devices, San Jose, Calif.).
[00184] Пример 9. Расщепление субстрата FAM с помощью CRISPR Cas12a.[00184] Example 9. Cleavage of FAM substrate by CRISPR Cas12a.
[00185] В этом Примере, авторами был сконструирован субстрат («субстрат БАМ»), показанный на фигуре 7. Мишень длиной 60 п. о. содержала мотив, смежный с протоспейсером (РАМ) для Cas12a, и хорошо охарактеризованную спейсерную последовательность AAVS1. На 5'-конце выше РАМ, субстрат содержит конъюгированный с дезокситимидином (с!Т) флуоресцеин (БАМ) в паре с темновым гасителем Iowa Black. Оба 3'-конца были защищены фосфоротиоатными связями (Pt). Контрольный субстрат не имел Pt-защиты на 3'-концах («незащищенный субстрат БАМ»).[00185] In this Example, we designed a substrate (the "BAM substrate") shown in Figure 7. The 60 bp target contained a protospacer adjacent motif (PAM) for Cas12a and a well-characterized AAVS1 spacer sequence. At the 5' end upstream of the PAM, the substrate contained deoxythymidine (c!T)-conjugated fluorescein (BAM) paired with the dark quencher Iowa Black. Both 3' ends were protected with phosphorothioate (Pt) linkages. The control substrate had no Pt protection at the 3' ends (the "unprotected BAM substrate").
[00186] Субстрат (фиг. 7) расщеплялся в реакционной смеси, содержащей субстрат БАМ, Exo III и рибонуклеопротеиновый комплекс AsCas12a (RNP) при 0,42-18 нМ RNP, 2,5 кЕд./мл Exo III и дцДНК-мишени 100 нМ в NEBuffer 1. Реакция была продолжена при 37°С и были собраны данные флуоресценци, как показано на фигуре 8. Скорость увеличения флуоресценции в период времени 50-150 минут была отложена на графике в зависимости от концентрации Cas12a.[00186] The substrate (Figure 7) was cleaved in a reaction mixture containing the BAM substrate, Exo III, and the AsCas12a ribonucleoprotein (RNP) complex at 0.42-18 nM RNP, 2.5 kU/ml Exo III, and 100 nM dsDNA target in NEBuffer 1. The reaction was continued at 37°C and fluorescence data were collected as shown in Figure 8. The rate of increase in fluorescence over a period of 50-150 minutes was plotted against the concentration of Cas12a.
[00187] Пример 10. Расщепление субстрата TAMRA с помощью CRTSPR Cas12a.[00187] Example 10. Cleavage of TAMRA substrate by CRTSPR Cas12a.
[00188] В этом Примере, авторами был сконструирован субстрат («субстрат TAMRA»), идентичный субстрату FAM, как показано на фигуре 7, за исключением того, что вместо дезокситимидин (dT)-конъюгированного флуоресцеина (FAM) использовали сложный эфир TAMRA-NHS. Как и в случае с субстратом FAM (фмгура 7), оба 3'-конца были защищены фосфоротиоатными связями (Pt). Контрольный субстрат не имел Pt-защиты на 3'-концах («незащищенный субстрат IAMRA»).[00188] In this Example, we constructed a substrate (the "TAMRA substrate") identical to the FAM substrate shown in Figure 7, except that a TAMRA-NHS ester was used instead of deoxythymidine (dT)-conjugated fluorescein (FAM). As with the FAM substrate (Figure 7), both 3' ends were protected with phosphorothioate (Pt) linkages. The control substrate had no Pt protection at the 3' ends (the "unprotected IAMRA substrate").
[00189] Субстрат расщепляли в реакционной смеси, содержащей субстрат TAMRA, Exo III и рибонуклеопротеиновый комплекс (RNP) AsCas12a. Реакционная смесь содержала 18 нМ RNP (или контрольный 1х буфер NCA), 2,5 кЕд/мл Exo III и 100 нМ субстрата дцДНК в NEBuffer 1. Реакции продолжалли при 37°С и собирали данные флуоресценции, как показано на Фигуре 9.[00189] The substrate was cleaved in a reaction mixture containing TAMRA substrate, Exo III, and the AsCas12a ribonucleoprotein complex (RNP). The reaction mixture contained 18 nM RNP (or 1x NCA buffer control), 2.5 kU/ml Exo III, and 100 nM dsDNA substrate in NEBuffer 1. Reactions were continued at 37°C, and fluorescence data were collected as shown in Figure 9.
[00190] Пример 11. Альтернативное размещение флуорофора[00190] Example 11. Alternative placement of fluorophore
[00191] В этом Примере, авторами была разработана серия субстратов CRISPR Cas12a (похожих на те, которые были показаны на фигуре 7), но с альтернативным размещением флуорофоров. На фигуре 10 показан субстрат «нецелевой FAM» (тот же, что показан на фигуре 7, имеющий FAM на той же цепи и выше РАМ), субстрат «FAM-мишени» (FAM на цепи, противоположной РАМ), и субстрат «двойной FAM» (FAM как на той же цепи, так и на противоположной цепи от РАМ).[00191] In this example, we developed a series of CRISPR Cas12a substrates (similar to those shown in Figure 7), but with alternative fluorophore placements. Figure 10 shows an "off-target FAM" substrate (the same as shown in Figure 7, having a FAM on the same strand and upstream of the PAM), an "on-target FAM" substrate (a FAM on the strand opposite the PAM), and a "dual FAM" substrate (a FAM on both the same strand and the opposite strand of the PAM).
[00192] Три субстрата были расщеплены в реакционных смесях, содержащих один из трех субстратов FAM, Exo III и рибонуклеопротеиновый комплекс (RNP) AsCas12a. Реакционные смеси содержали 18 нМ RNP (или контрольный 1х NCA-буфер), 2,5 кЕд/мл Exo III, 100 нМ субстрата дцДНК в NEBuffer 1. Реакции продолжали при 37°С и собирали данные флуоресценции (показано на Фигуре 11). Данные также представлены в виде сравнения всех защищенных субстратов (Фигура 12) и скорости изменения флуоресценции в различных реакционных смесях (Фигура 13).[00192] Three substrates were cleaved in reaction mixtures containing one of the three FAM substrates, Exo III, and the AsCas12a ribonucleoprotein complex (RNP). Reaction mixtures contained 18 nM RNP (or 1x NCA buffer control), 2.5 kU/ml Exo III, 100 nM dsDNA substrate in NEBuffer 1. Reactions were continued at 37°C, and fluorescence data were collected (shown in Figure 11). Data are also presented as a comparison of all protected substrates (Figure 12) and the rate of fluorescence change in the different reaction mixtures (Figure 13).
[00193] Пример 12. Оптимизация концентрации экзонуклеазы [00194] В этом Примере, авторы провели титрование экзонуклеазы и оптимизировали концентрацию экзонуклеазы. Реакции расщепления проводили в буфере NEBuffer 1, и эти реакционные смеси содержали субстрат FAM «цепи-мишени» (фигура 10), RNP AsCas12a в концентрации 20,25 нМ RNP (2:1 casl2a:cr-РНК), различные количества ЕхоШ (156, 25-2500 Ед./мл) и субстрат, меченный FAM. Контрольные реакционные смеси содержали незащищенный субстрат, или не содержали RNP, или не содержали ЕхоШ. Реакции продолжали при 37°С. Результаты показаны на фигуре 14.[00193] Example 12. Optimization of Exonuclease Concentration [00194] In this Example, we titrated the exonuclease and optimized the exonuclease concentration. The digestion reactions were performed in NEBuffer 1 buffer, and the reaction mixtures contained the target strand FAM substrate (Figure 10), AsCas12a RNP at a concentration of 20.25 nM RNP (2:1 cas12a:cr-RNA), various amounts of ExoIII (156, 25-2500 U/mL), and FAM-labeled substrate. Control reaction mixtures contained unprotected substrate, no RNP, or no ExoIII. The reactions were continued at 37°C. The results are shown in Figure 14.
[00195] Пример 13. Расщепление эндонуклеазой Cas9[00195] Example 13. Cleavage with Cas9 endonuclease
[00196] В этом Примере, авторы продемонстрировали применимость анализа к Cas9. Этот пример представляет собой подтверждение прогностического Примера 7. Как описано в Примере 7, двухцепочечная ДНК (дцДНК) была сконструирована как показано на Фигуре 1 и Фигуре 7. Субстрат был защищен фосфортиоатом и содержал последовательность РАМ, распознаваемую Cas9, спейсерную последовательность, флуорофор и гаситель на той же цепи, что и РАМ (нецелевая цепь). В этом эксперименте, руководящая Cas9 нацеливалась на цепь, противоположную руководящей Cas12a.[00196] In this Example, the authors demonstrated the applicability of the assay to Cas9. This example provides a confirmation of the predictive Example 7. As described in Example 7, double-stranded DNA (dsDNA) was constructed as shown in Figure 1 and Figure 7. The substrate was protected with phosphorothioate and contained a PAM sequence recognized by Cas9, a spacer sequence, a fluorophore, and a quencher on the same strand as the PAM (the non-target strand). In this experiment, the Cas9 guide targeted the strand opposite the Cas12a guide.
[00197] Авторами была разработана одноцепочечная руководящая РНК (оцрРНК) для эндонуклеазы Cas9, которая объединяла cr-РНК и tracr-PHK. Как описано в Примере 7, инкубирование проводили в буфере IX Cutsmartr®. Рибонуклеопротеин Cas9 (RNP), состоящий из SpyCas9 [Streptococcus pyogenes Cas9) и руководящей РНК (одноцепочечной руководящей РНК (оцрРНК)), получали путем инкубирования очищенного рекомбинантного Cas 9 с оцрРНК при 37°С в течение 10 минут.Реакционные смеси включали 50 нМ SpyCas9, 1 кЕд/мл ЕхоШ (New England Biolabs, Ipswich, Mass.) и субстрат дцДНК при 110 нМ в реакционном объеме 200 мкл. Как описано в Примере 7, была включена только контрольная реакционная смесь без RNP (реакционная смесь, содержащая только ЕхоШ). Реакционные смеси инкубировали при 37°С, и показания флуоресценции, соответствующие длине волны излучения репортерного флуорофора, регистрировали каждые 30 минут в течение 1000 минут с использованием планшета Spectramax i3x (Molecular Devices, San Jose, Cal. Все реакции проводили с тремя повторами, и усредненные результаты для каждой серии данных показаны на фигуре 15.[00197] We developed a single-stranded guide RNA (ssRNA) for the Cas9 endonuclease that combined crRNA and tracrRNA. As described in Example 7, incubations were performed in Cutsmartr® buffer IX. Cas9 ribonucleoprotein (RNP), consisting of SpyCas9 [Streptococcus pyogenes Cas9) and guide RNA (single-stranded guide RNA (ssRNA)), was prepared by incubating purified recombinant Cas 9 with ssRNA at 37°C for 10 minutes. Reaction mixtures included 50 nM SpyCas9, 1 kU/mL ExoI (New England Biolabs, Ipswich, Mass.), and dsDNA substrate at 110 nM in a 200 µL reaction volume. As described in Example 7, only a control reaction mixture without RNP (a reaction mixture containing only ExoIII) was included. The reactions were incubated at 37°C, and fluorescence readings corresponding to the emission wavelength of the reporter fluorophore were recorded every 30 minutes for 1000 minutes using a Spectramax i3x plate (Molecular Devices, San Jose, Calif. All reactions were performed in triplicate, and the averaged results for each data set are shown in Figure 15.
[00198] Пример 14. Расцепление рестриктирующими эндонуклеазами[00198] Example 14. Dissection by restriction endonucleases
[00199] В этом примере, авторы продемонстрировали применимость анализа к рестриктирующим эндонуклеазам типа II. Этот Пример представляет собой подтверждение прогностического Примера 8.[00199] In this example, the authors demonstrated the applicability of the assay to type II restriction endonucleases. This example represents a confirmation of the predictive Example 8.
[00200] Как описано в Примере 8, двухцепочечные ДНК (ДЦДНК)-субстраты, защищенные фосфоротиоатом, были сконструированы как показано на фигуре 1. Субстраты содержали последовательности распознавания одной из рестриктирующих эндонуклеаз Bsal, BcoDI и Sail. Как описано в Примере 7, каждый субстрат инкубировали с экзонуклеазой III и рестриктирующей эндонуклеазой в IX буфере Cutsmart®. Каждая реакционная смесь содержала 300 единиц одного из Bsal HF v2, BcoDI и Sail (New England Biolabs) и 1,25 кЕд. ЕхоШ. Реакционные смеси инкубировали при 37°С, и показания флуоресценции, соответствующие длине волны излучения репортерного флуорофора, регистрировали каждую минуту в течение 300 минут с использованием планшета Spectramax i3x (Molecular Devices, San Jose, Cal.). Результаты показаны на фигуре 16.[00200] As described in Example 8, phosphorothioate-protected double-stranded DNA (DSDNA) substrates were constructed as shown in Figure 1. The substrates contained recognition sequences for one of the restriction endonucleases Bsal, BcoDI, and Sail. As described in Example 7, each substrate was incubated with exonuclease III and a restriction endonuclease in Cutsmart® IX buffer. Each reaction mixture contained 300 units of one of Bsal HF v2, BcoDI, and Sail (New England Biolabs) and 1.25 kU ExoIII. The reaction mixtures were incubated at 37°C, and fluorescence readings corresponding to the emission wavelength of the reporter fluorophore were recorded every minute for 300 minutes using a Spectramax i3x plate (Molecular Devices, San Jose, Cal.). The results are shown in Figure 16.
[00201] Хотя настоящее изобретение подробно описано со ссылкой на конкретные примеры, однако, специалисту в данной области будет очевидно, что в настоящее описание могут быть внесены различные модификации, не выходящие за рамки объема изобретения. Таким образом, объем изобретения не должен ограничиваться описанными здесь примерами, а должен ограничиваться только формулой изобретения, представленной ниже.[00201] Although the present invention has been described in detail with reference to specific examples, it will be obvious to one skilled in the art that various modifications can be made to the present description without departing from the scope of the invention. Accordingly, the scope of the invention should not be limited by the examples described herein, but should be limited only by the claims presented below.
--->--->
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE ST26SequenceListing PUBLIC "-//WIPO//DTD Sequence Listing <!DOCTYPE ST26SequenceListing PUBLIC "-//WIPO//DTD Sequence Listing
1.3//EN" "ST26SequenceListing_V1_3.dtd">1.3//EN" "ST26SequenceListing_V1_3.dtd">
<ST26SequenceListing dtdVersion="V1_3" fileName="CBI042.30.xml" <ST26SequenceListing dtdVersion="V1_3" fileName="CBI042.30.xml"
softwareName="WIPO Sequence" softwareVersion="2.2.0" softwareName="WIPO Sequence" softwareVersion="2.2.0"
productionDate="2022-10-24">productionDate="2022-10-24">
<ApplicantFileReference>CBI042.30</ApplicantFileReference> <ApplicantFileReference>CBI042.30</ApplicantFileReference>
<EarliestPriorityApplicationIdentification> <EarliestPriorityApplicationIdentification>
<IPOfficeCode>US</IPOfficeCode> <IPOfficeCode>US</IPOfficeCode>
<ApplicationNumberText>US 63/272,091</ApplicationNumberText> <ApplicationNumberText>US 63/272,091</ApplicationNumberText>
<FilingDate>2021-10-26</FilingDate> <FilingDate>2021-10-26</FilingDate>
</EarliestPriorityApplicationIdentification> </EarliestPriorityApplicationIdentification>
<ApplicantName languageCode="en">CARIBOU BIOSCIENCES, <ApplicantName languageCode="en">CARIBOU BIOSCIENCES,
INC.</ApplicantName>INC.</ApplicantName>
<InventorName languageCode="en">SMITH, Stephen</InventorName> <InventorName languageCode="en">SMITH, Stephen</InventorName>
<InventionTitle languageCode="en">EXONUCLEASE-COUPLED REAL-TIME <InventionTitle languageCode="en">EXONUCLEASE-COUPLED REAL-TIME
ENDONUCLEASE ACTIVITY ASSAY</InventionTitle>ENDONUCLEASE ACTIVITY ASSAY</InventionTitle>
<SequenceTotalQuantity>4</SequenceTotalQuantity> <SequenceTotalQuantity>4</SequenceTotalQuantity>
<SequenceData sequenceIDNumber="1"> <SequenceData sequenceIDNumber="1">
<INSDSeq><INSDSeq>
<INSDSeq_length>59</INSDSeq_length> <INSDSeq_length>59</INSDSeq_length>
<INSDSeq_moltype>DNA</INSDSeq_moltype> <INSDSeq_moltype>DNA</INSDSeq_moltype>
<INSDSeq_division>PAT</INSDSeq_division> <INSDSeq_division>PAT</INSDSeq_division>
<INSDSeq_feature-table><INSDSeq_feature-table>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>misc_feature</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>misc_feature</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>1..59</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>1..59</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier id="q1"><INSDQualifier id="q1">
<INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>Synthetic: Top <INSDQualifier_value>Synthetic: Top
strand</INSDQualifier_value>strand</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>1</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>1</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier><INSDQualifier>
<INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
<INSDQualifier id="q2"><INSDQualifier id="q2">
<INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>quencher Iowa Black</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>quencher Iowa Black</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>3</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>3</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier><INSDQualifier>
<INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
<INSDQualifier id="q3"><INSDQualifier id="q3">
<INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>reporter fluorophore <INSDQualifier_value>reporter fluorophore
Fluorescein</INSDQualifier_value>Fluorescein</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>16..19</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>16..19</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier><INSDQualifier>
<INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
<INSDQualifier id="q4"><INSDQualifier id="q4">
<INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>protospacer adjacent motif (PAM) for <INSDQualifier_value>protospacer adjacent motif (PAM) for
Cas12a</INSDQualifier_value>Cas12a</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>20..39</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>20..39</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier><INSDQualifier>
<INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
<INSDQualifier id="q5"><INSDQualifier id="q5">
<INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>spacer region hybridizing to a region of <INSDQualifier_value>spacer region hybridizing to a region of
crRNA</INSDQualifier_value>crRNA</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>56..59</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>56..59</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier><INSDQualifier>
<INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
<INSDQualifier id="q6"><INSDQualifier id="q6">
<INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>Phosphorothioate <INSDQualifier_value>Phosphorothioate
linkage</INSDQualifier_value>linkage</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>source</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>source</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>1..59</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>1..59</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier><INSDQualifier>
<INSDQualifier_name>mol_type</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>mol_type</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>other DNA</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>other DNA</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
<INSDQualifier id="q7"><INSDQualifier id="q7">
<INSDQualifier_name>organism</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>organism</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>synthetic construct</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>synthetic construct</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
</INSDSeq_feature-table></INSDSeq_feature-table>
<INSDSeq_sequence>catggtgtcgacccatttcctggagccatctctctccttgctcgagacc <INSDSeq_sequence>catggtgtcgacccatttcctggagccatctctctctccttgctcgagacc
tctaagtatg</INSDSeq_sequence>tctaagtatg</INSDSeq_sequence>
</INSDSeq></INSDSeq>
</SequenceData></SequenceData>
<SequenceData sequenceIDNumber="2"> <SequenceData sequenceIDNumber="2">
<INSDSeq><INSDSeq>
<INSDSeq_length>60</INSDSeq_length> <INSDSeq_length>60</INSDSeq_length>
<INSDSeq_moltype>DNA</INSDSeq_moltype> <INSDSeq_moltype>DNA</INSDSeq_moltype>
<INSDSeq_division>PAT</INSDSeq_division> <INSDSeq_division>PAT</INSDSeq_division>
<INSDSeq_feature-table><INSDSeq_feature-table>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>misc_feature</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>misc_feature</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>1..60</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>1..60</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier id="q8"><INSDQualifier id="q8">
<INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>Synthetic: Bottom <INSDQualifier_value>Synthetic: Bottom
strand</INSDQualifier_value>strand</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>55..60</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>55..60</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier><INSDQualifier>
<INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
<INSDQualifier id="q9"><INSDQualifier id="q9">
<INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>Phosphorothioate <INSDQualifier_value>Phosphorothioate
linkage</INSDQualifier_value>linkage</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>source</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>source</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>1..60</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>1..60</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier><INSDQualifier>
<INSDQualifier_name>mol_type</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>mol_type</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>other DNA</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>other DNA</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
<INSDQualifier id="q10"> <INSDQualifier id="q10">
<INSDQualifier_name>organism</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>organism</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>synthetic construct</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>synthetic construct</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
</INSDSeq_feature-table></INSDSeq_feature-table>
<INSDSeq_sequence>gcatacttagaggtctcgagcaaggagagagatggctccaggaaatggg <INSDSeq_sequence>gcatacttagaggtctcgagcaaggagagagatggctccaggaaatggg
tcgacaccatg</INSDSeq_sequence>tcgacaccatg</INSDSeq_sequence>
</INSDSeq></INSDSeq>
</SequenceData></SequenceData>
<SequenceData sequenceIDNumber="3"> <SequenceData sequenceIDNumber="3">
<INSDSeq><INSDSeq>
<INSDSeq_length>55</INSDSeq_length> <INSDSeq_length>55</INSDSeq_length>
<INSDSeq_moltype>DNA</INSDSeq_moltype> <INSDSeq_moltype>DNA</INSDSeq_moltype>
<INSDSeq_division>PAT</INSDSeq_division> <INSDSeq_division>PAT</INSDSeq_division>
<INSDSeq_feature-table><INSDSeq_feature-table>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>misc_feature</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>misc_feature</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>1..55</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>1..55</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier id="q11"> <INSDQualifier id="q11">
<INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>Synthetic: Top strand (no exonuclease <INSDQualifier_value>Synthetic: Top strand (no exonuclease
protection)</INSDQualifier_value>protection)</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>1</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>1</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier><INSDQualifier>
<INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
<INSDQualifier id="q12"> <INSDQualifier id="q12">
<INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>quencher</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>quencher</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>3</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>3</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier><INSDQualifier>
<INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
<INSDQualifier id="q13"> <INSDQualifier id="q13">
<INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>fluorophore</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>fluorophore</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>16..19</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>16..19</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier><INSDQualifier>
<INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
<INSDQualifier id="q14"> <INSDQualifier id="q14">
<INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>protospacer adjacent motif (PAM) for <INSDQualifier_value>protospacer adjacent motif (PAM) for
Cas12a</INSDQualifier_value>Cas12a</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>modified_base</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>20..39</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>20..39</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier><INSDQualifier>
<INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>mod_base</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>OTHER</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
<INSDQualifier id="q15"> <INSDQualifier id="q15">
<INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>protospacer adjacent motif (PAM) for <INSDQualifier_value>protospacer adjacent motif (PAM) for
Cas12a</INSDQualifier_value>Cas12a</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>source</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>source</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>1..55</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>1..55</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier><INSDQualifier>
<INSDQualifier_name>mol_type</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>mol_type</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>other DNA</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>other DNA</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
<INSDQualifier id="q16"> <INSDQualifier id="q16">
<INSDQualifier_name>organism</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>organism</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>synthetic construct</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>synthetic construct</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
</INSDSeq_feature-table></INSDSeq_feature-table>
<INSDSeq_sequence>catggtgtcgacccatttcctggagccatctctctccttgctcgagacc <INSDSeq_sequence>catggtgtcgacccatttcctggagccatctctctctccttgctcgagacc
tctaag</INSDSeq_sequence>tctaag</INSDSeq_sequence>
</INSDSeq></INSDSeq>
</SequenceData></SequenceData>
<SequenceData sequenceIDNumber="4"> <SequenceData sequenceIDNumber="4">
<INSDSeq><INSDSeq>
<INSDSeq_length>60</INSDSeq_length> <INSDSeq_length>60</INSDSeq_length>
<INSDSeq_moltype>DNA</INSDSeq_moltype> <INSDSeq_moltype>DNA</INSDSeq_moltype>
<INSDSeq_division>PAT</INSDSeq_division> <INSDSeq_division>PAT</INSDSeq_division>
<INSDSeq_feature-table><INSDSeq_feature-table>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>misc_feature</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>misc_feature</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>1..60</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>1..60</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier id="q17"> <INSDQualifier id="q17">
<INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>note</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>Synthetic: Bottom strand (no exonuclease <INSDQualifier_value>Synthetic: Bottom strand (no exonuclease
protection)</INSDQualifier_value>protection)</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
<INSDFeature><INSDFeature>
<INSDFeature_key>source</INSDFeature_key> <INSDFeature_key>source</INSDFeature_key>
<INSDFeature_location>1..60</INSDFeature_location> <INSDFeature_location>1..60</INSDFeature_location>
<INSDFeature_quals><INSDFeature_quals>
<INSDQualifier><INSDQualifier>
<INSDQualifier_name>mol_type</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>mol_type</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>other DNA</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>other DNA</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
<INSDQualifier id="q18"> <INSDQualifier id="q18">
<INSDQualifier_name>organism</INSDQualifier_name> <INSDQualifier_name>organism</INSDQualifier_name>
<INSDQualifier_value>synthetic construct</INSDQualifier_value> <INSDQualifier_value>synthetic construct</INSDQualifier_value>
</INSDQualifier></INSDQualifier>
</INSDFeature_quals></INSDFeature_quals>
</INSDFeature></INSDFeature>
</INSDSeq_feature-table></INSDSeq_feature-table>
<INSDSeq_sequence>gcatacttagaggtctcgagcaaggagagagatggctccaggaaatggg <INSDSeq_sequence>gcatacttagaggtctcgagcaaggagagagatggctccaggaaatggg
tcgacaccatg</INSDSeq_sequence>tcgacaccatg</INSDSeq_sequence>
</INSDSeq></INSDSeq>
</SequenceData></SequenceData>
</ST26SequenceListing></ST26SequenceListing>
<---<---
Claims (41)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US63/272,091 | 2021-10-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2024108856A RU2024108856A (en) | 2024-06-25 |
| RU2848334C2 true RU2848334C2 (en) | 2025-10-17 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002042497A2 (en) * | 2000-11-27 | 2002-05-30 | Memorial Sloan-Kettering Cancer Center | Methods using fluorescens energy transfer probes for detecting cleavage of nucleic acids |
| CN104293917A (en) * | 2013-06-17 | 2015-01-21 | 北京大学 | Thioprobe for detection of nucleases with 3'-5' exonucleating activity |
| RU2681914C2 (en) * | 2013-10-15 | 2019-03-13 | Байо Молекьюлар Системс Пти Лтд | Improved thermocycler |
| RU2755495C2 (en) * | 2015-01-30 | 2021-09-16 | Инвайролоджикс Инк. | Substrate molecule |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002042497A2 (en) * | 2000-11-27 | 2002-05-30 | Memorial Sloan-Kettering Cancer Center | Methods using fluorescens energy transfer probes for detecting cleavage of nucleic acids |
| CN104293917A (en) * | 2013-06-17 | 2015-01-21 | 北京大学 | Thioprobe for detection of nucleases with 3'-5' exonucleating activity |
| RU2681914C2 (en) * | 2013-10-15 | 2019-03-13 | Байо Молекьюлар Системс Пти Лтд | Improved thermocycler |
| RU2755495C2 (en) * | 2015-01-30 | 2021-09-16 | Инвайролоджикс Инк. | Substrate molecule |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SU X. et al. Simultaneous fluorescence imaging of the activities of DNases and 3' exonucleases in living cells with chimeric oligonucleotide probes. Anal Chem. 2013 Oct 15;85(20):9939-46. doi: 10.1021/ac402615c. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7276337B2 (en) | Compositions and methods for visual ribonuclease detection assays | |
| US9896719B2 (en) | DNA glycosylase/lyase and AP endonuclease substrates | |
| US20110236891A1 (en) | Nucleic acid template preparation for real-time pcr | |
| CA2654016A1 (en) | Detection of nucleic acids | |
| US20090068643A1 (en) | Dual Function Primers for Amplifying DNA and Methods of Use | |
| US7361469B2 (en) | Dual labeled fluorescent probes | |
| US20160130673A1 (en) | Nucleic acid detection by oligonucleotide probes cleaved by both exonuclease and endonuclease | |
| US20120052502A1 (en) | Real-time pcr detection using stabilized probes | |
| JP2008529528A (en) | Key probe composition and method for detection of polynucleotides | |
| US20120045747A1 (en) | Kit for detecting hepatitis b virus and method for detecting hepatitis b virus using the same | |
| US20120052482A1 (en) | Kit for detecting hepatitis c virus and method of detecting hepatitis c virus using the same | |
| JP2008539761A (en) | Snapback oligonucleotide probe | |
| RU2848334C2 (en) | Real-time endonuclease activity assay associated with exonuclease | |
| US20120052503A1 (en) | Kit for detecting neisseria gonorrhoeae strains and method for detecting neisseria gonorrhoeae strains using the same | |
| WO2006045009A2 (en) | Triplex probe compositions and methods for polynucleotide detection | |
| JP7765627B2 (en) | Exonuclease-linked real-time endonuclease activity assay | |
| US20120052497A1 (en) | Method of simultaneously amplifying target sequences from salmonella spp. and e. coli o157:h7 and kit therefor | |
| EP1585832B1 (en) | Compositions and methods for polynucleotide detection | |
| CN103013987A (en) | Double-stranded nucleic acid and application thereof, and ribonuclease detection method | |
| US20120052500A1 (en) | Kit for detecting chlamydia trachomatis strains and method for detecting chlamydia trachomatis strains using the same | |
| Brnáková et al. | Microbial sugar non-specific nucleases |