CRISPRは、clustered regularly interspaced short palindromic repeatの略で、クリスパーと呼ばれる。原核生物が持つ免疫システムの一種。ウイルス（ファージ）などの外来DNAが細胞に侵入してきた際に、そのDNAを認識して分解する役割を果たす（図1）。

図1. CRISPR-Casシステムの役割。

CRISPRのメカニズム

CRISPRによる免疫システムは、(i) スペーサーの獲得、(ii) crRNAプロセシング、(iii) 干渉（DNAの分解）というステップからなる（図2）。

図2. CRISPRによる免疫応答のメカニズム。

(i) において、外来DNAを自身のゲノムに取り込むことで抗原情報を記憶し、後の感染に備えることができる（免疫記憶）。CRISPRに関連するタンパクは、CRISPR-associated proteinの略で、Casタンパクと呼ばれる。

ゲノム編集への応用：CRISPR-Cas9

2012年、ジェニファー・ダウドナ教授（UC Berkeley）とエマニュエル・シャルパンティエ教授（ウメオ大学）らにより、CRISPR-Cas9を用いたゲノム編集技術が報告された。^[1] この技術では、Cas9というDNA分解酵素（エンドヌクレアーゼ）を、ガイドRNAによって目的部位に導き、標的DNAの二本鎖を切断する（図3）。切断されたDNAは、細胞が本来持つDNAの修復機構（相同組替え修復（HDR）や非相同末端結合（NHEJ）など）によって自然に修復される。修復時のエラーを利用して、標的部位に様々な変異を導入したり、外部から供給したDNAを修復時に利用させ、遺伝子の挿入を行うなど、CRISPR-Cas9技術を応用すれば様々にゲノムを編集することが可能になる。

図3. CRISPR-Cas9技術による、標的DNAの部位特異的切断。

参考文献

1. Jinek, M.; Chylinski, K.; Fonfara, I.; Hauer, M.; Doudna, J. A.; Charpentier, E. Science 2012, 337, 816. DOI: 10.1126/science.1225829
2. Hille, F.; Richter, H.; Wong, S. P.; Bratovič, M.; Ressel, S.; Charpentier, E. Cell 2018, 172, 1239 (DOI: 10.1016/j.cell.2017.11.032)