CRISPR-Cas: From the Bacterial Adaptive Immune System to a Versatile Tool for Genome Engineering

Angewandte Chemie - International Edition

Volumn 54, Issue 46, 2015, Pages 13508-13514

  Kirchner, Marion ^a   Schneider, Sabine ^a  

^a TECHNICAL UNIVERSITY OF MUNICH   (Germany)

Author keywords

Cas9; CRISPR; genome engineering; precision medicine

Indexed keywords

IMMUNE SYSTEM; MAMMALS; NUCLEIC ACIDS; PLANTS (BOTANY); PRECISION ENGINEERING; RNA;

ADAPTIVE IMMUNE SYSTEMS; CAS9; CRISPR; GENOME ENGINEERING; HUMAN GENETIC DISORDERS; LEGAL IMPLICATIONS; POTENTIAL RISKS; TWO COMPONENT SYSTEMS;

GENES;

ADAPTIVE IMMUNITY; BACTERIUM; CRISPR CAS SYSTEM; GENETIC ENGINEERING; GENETICS; HUMAN; IMMUNOLOGY; PROCEDURES;

ADAPTIVE IMMUNITY; BACTERIA; CRISPR-CAS SYSTEMS; GENETIC ENGINEERING; HUMANS;

EID: 84946500152     PISSN: 14337851     EISSN: 15213773     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/anie.201504741     Document Type: Review

References (74)

1. Y. Ishino, H. Shinagawa, K. Makino, M. Amemura, A. Nakata, J. Bacteriol. 1987, 169, 5429-5433.
2. R. Jansen, J. D. Embden, W. Gaastra, L. M. Schouls, Mol. Microbiol. 2002, 43, 1565-1575;
3. A. Bolotin, B. Quinquis, A. Sorokin, S. D. Ehrlich, Microbiology 2005, 151, 2551-2561;
4. F. J. Mojica, C. Diez-Villasenor, J. Garcia-Martinez, E. Soria, J. Mol. Evol. 2005, 60, 174-182;
5. C. Pourcel, G. Salvignol, G. Vergnaud, Microbiology 2005, 151, 653-663.
6. K. Makarova, A. Slesarev, Y. Wolf, A. Sorokin, B. Mirkin, E. Koonin, A. Pavlov, N. Pavlova, V. Karamychev, N. Polouchine, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 15611-15616;
7. R. Barrangou, C. Fremaux, H. Deveau, M. Richards, P. Boyaval, S. Moineau, D. A. Romero, P. Horvath, Science 2007, 315, 1709-1712;
8. S. J. Brouns, M. M. Jore, M. Lundgren, E. R. Westra, R. J. Slijkhuis, A. P. Snijders, M. J. Dickman, K. S. Makarova, E. V. Koonin, J. van der Oost, Science 2008, 321, 960-964;
9. H. Deveau, R. Barrangou, J. E. Garneau, J. Labonte, C. Fremaux, P. Boyaval, D. A. Romero, P. Horvath, S. Moineau, J. Bacteriol. 2008, 190, 1390-1400;
10. L. A. Marraffini, E. J. Sontheimer, Science 2008, 322, 1843-1845;
11. C. R. Hale, P. Zhao, S. Olson, M. O. Duff, B. R. Graveley, L. Wells, R. M. Terns, M. P. Terns, Cell 2009, 139, 945-956.
12. J. E. Garneau, M. E. Dupuis, M. Villion, D. A. Romero, R. Barrangou, P. Boyaval, C. Fremaux, P. Horvath, A. H. Magadan, S. Moineau, Nature 2010, 468, 67-71;
13. R. Sapranauskas, G. Gasiunas, C. Fremaux, R. Barrangou, P. Horvath, V. Siksnys, Nucleic Acids Res. 2011, 39, 9275-9282;
14. T. R. Sampson, S. D. Saroj, A. C. Llewellyn, Y. L. Tzeng, D. S. Weiss, Nature 2013, 497, 254-257.
15. P. Mali, K. M. Esvelt, G. M. Church, Nat. Methods 2013, 10, 957-963;
16. R. Barrangou, Science 2014, 344, 707-708;
17. J. A. Doudna, E. Charpentier, Science 2014, 346, 1258096.
18. E. Deltcheva, K. Chylinski, C. M. Sharma, K. Gonzales, Y. Chao, Z. A. Pirzada, M. R. Eckert, J. Vogel, E. Charpentier, Nature 2011, 471, 602-607;
19. M. Jinek, K. Chylinski, I. Fonfara, M. Hauer, J. A. Doudna, E. Charpentier, Science 2012, 337, 816-821.
20. K. S. Makarova, D. H. Haft, R. Barrangou, S. J. Brouns, E. Charpentier, P. Horvath, S. Moineau, F. J. Mojica, Y. I. Wolf, A. F. Yakunin, et al., Nat Rev Microbiol 2011, 9, 467-477.
21. H. Nishimasu, F. A. Ran, P. D. Hsu, S. Konermann, S. I. Shehata, N. Dohmae, R. Ishitani, F. Zhang, O. Nureki, Cell 2014, 156, 935-949.
22. M. Jinek, F. Jiang, D. W. Taylor, S. H. Sternberg, E. Kaya, E. Ma, C. Anders, M. Hauer, K. Zhou, S. Lin, et al., Science 2014, 343, 1247997.
23. C. Anders, O. Niewoehner, A. Duerst, M. Jinek, Nature 2014, 513, 569-573.
24. S. H. Sternberg, S. Redding, M. Jinek, E. C. Greene, J. A. Doudna, Nature 2014, 507, 62-67.
25. X. Wu, D. A. Scott, A. J. Kriz, A. C. Chiu, P. D. Hsu, D. B. Dadon, A. W. Cheng, A. E. Trevino, S. Konermann, S. Chen, et al., Nat. Biotechnol. 2014, 32, 670-676.
26. C. Kuscu, S. Arslan, R. Singh, J. Thorpe, M. Adli, Nat. Biotechnol. 2014, 32, 677-683.
27. W. Yang, Nat. Struct. Mol. Biol. 2008, 15, 1228-1231.
28. G. Gasiunas, R. Barrangou, P. Horvath, V. Siksnys, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2012, 109, E 2579-2586.
29. S. W. Cho, S. Kim, J. M. Kim, J. S. Kim, Nat. Biotechnol. 2013, 31, 230-232;
30. L. Cong, F. A. Ran, D. Cox, S. Lin, R. Barretto, N. Habib, P. D. Hsu, X. Wu, W. Jiang, L. A. Marraffini, et al., Science 2013, 339, 819-823;
31. J. E. DiCarlo, J. E. Norville, P. Mali, X. Rios, J. Aach, G. M. Church, Nucleic Acids Res. 2013, 41, 4336-4343;
32. A. E. Friedland, Y. B. Tzur, K. M. Esvelt, M. P. Colaiacovo, G. M. Church, J. A. Calarco, Nat. Methods 2013, 10, 741-743;
33. W. Y. Hwang, Y. Fu, D. Reyon, M. L. Maeder, S. Q. Tsai, J. D. Sander, R. T. Peterson, J. R. Yeh, J. K. Joung, Nat. Biotechnol. 2013, 31, 227-229;
34. M. Jinek, A. East, A. Cheng, S. Lin, E. Ma, J. Doudna, eLife 2013, 2, e 00471;
35. D. Li, Z. Qiu, Y. Shao, Y. Chen, Y. Guan, M. Liu, Y. Li, N. Gao, L. Wang, X. Lu, et al., Nat. Biotechnol. 2013, 31, 681-683;
36. J. F. Li, J. E. Norville, J. Aach, M. McCormack, D. Zhang, J. Bush, G. M. Church, J. Sheen, Nat. Biotechnol. 2013, 31, 688-691;
37. W. Li, F. Teng, T. Li, Q. Zhou, Nat. Biotechnol. 2013, 31, 684-686;
38. P. Mali, J. Aach, P. B. Stranges, K. M. Esvelt, M. Moosburner, S. Kosuri, L. Yang, G. M. Church, Nat. Biotechnol. 2013, 31, 833-838;
39. V. Nekrasov, B. Staskawicz, D. Weigel, J. D. Jones, S. Kamoun, Nat. Biotechnol. 2013, 31, 691-693;
40. H. Wang, H. Yang, C. S. Shivalila, M. M. Dawlaty, A. W. Cheng, F. Zhang, R. Jaenisch, Cell 2013, 153, 910-918;
41. P. Mali, L. Yang, K. M. Esvelt, J. Aach, M. Guell, J. E. DiCarlo, J. E. Norville, G. M. Church, Science 2013, 339, 823-826.
42. M. L. Maeder, S. Thibodeau-Beganny, J. D. Sander, D. F. Voytas, J. K. Joung, Nat. Protoc. 2009, 4, 1471-1501.
43. V. M. Bedell, Y. Wang, J. M. Campbell, T. L. Poshusta, C. G. Starker, R. G. Krug 2nd, W. Tan, S. G. Penheiter, A. C. Ma, A. Y. Leung, et al., Nature 2012, 491, 114-118.
44. J. A. Doudna, E. J. Sontheimer, Methods Enzymol. 2014, 546, xix-xx.
45. Q. Ding, S. N. Regan, Y. Xia, L. A. Oostrom, C. A. Cowan, K. Musunuru, Cell Stem Cell 2013, 12, 393-394.
46. V. Pattanayak, S. Lin, J. P. Guilinger, E. Ma, J. A. Doudna, D. R. Liu, Nat. Biotechnol. 2013, 31, 839-843.
47. F. A. Ran, P. D. Hsu, C. Y. Lin, J. S. Gootenberg, S. Konermann, A. E. Trevino, D. A. Scott, A. Inoue, S. Matoba, Y. Zhang, et al., Cell 2013, 154, 1380-1389.
48. M. R. O′Connell, B. L. Oakes, S. H. Sternberg, A. East-Seletsky, M. Kaplan, J. A. Doudna, Nature 2014, 516, 263-266.
49. R. Barrangou, P. Horvath, Annu. Rev. Food. Sci. Technol. 2012, 3, 143-162.
50. J. Z. Jacobs, K. M. Ciccaglione, V. Tournier, M. Zaratiegui, Nat. Commun. 2014, 5, 5344.
51. Y. Tong, P. Charusanti, L. Zhang, T. Weber, S. Y. Lee, ACS Synth. Biol. 2015, DOI: 10.1021/acssynbio.1025b00038.
52. F. Port, H. M. Chen, T. Lee, S. L. Bullock, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2014, 111, E 2967-2976.
53. W. Y. Hwang, Y. Fu, D. Reyon, M. L. Maeder, P. Kaini, J. D. Sander, J. K. Joung, R. T. Peterson, J. R. Yeh, PLoS One 2013, 8, e 68708.
54. Y. Niu, B. Shen, Y. Cui, Y. Chen, J. Wang, L. Wang, Y. Kang, X. Zhao, W. Si, W. Li, et al., Cell 2014, 156, 836-843;
55. H. Yang, H. Wang, C. S. Shivalila, A. W. Cheng, L. Shi, R. Jaenisch, Cell 2013, 154, 1370-1379.
56. Q. Shan, Y. Wang, J. Li, Y. Zhang, K. Chen, Z. Liang, K. Zhang, J. Liu, J. J. Xi, J. L. Qiu, et al., Nat. Biotechnol. 2013, 31, 686-688.
57. P. D. Hsu, E. S. Lander, F. Zhang, Cell 2014, 157, 1262-1278.
58. M. H. Larson, L. A. Gilbert, X. Wang, W. A. Lim, J. S. Weissman, L. S. Qi, Nat. Protoc. 2013, 8, 2180-2196;
59. L. S. Qi, M. H. Larson, L. A. Gilbert, J. A. Doudna, J. S. Weissman, A. P. Arkin, W. A. Lim, Cell 2013, 152, 1173-1183.
60. L. A. Gilbert, M. H. Larson, L. Morsut, Z. Liu, G. A. Brar, S. E. Torres, N. Stern-Ginossar, O. Brandman, E. H. Whitehead, J. A. Doudna, et al., Cell 2013, 154, 442-451;
61. M. L. Maeder, S. J. Linder, V. M. Cascio, Y. Fu, Q. H. Ho, J. K. Joung, Nat. Methods 2013, 10, 977-979;
62. P. Perez-Pinera, D. D. Kocak, C. M. Vockley, A. F. Adler, A. M. Kabadi, L. R. Polstein, P. I. Thakore, K. A. Glass, D. G. Ousterout, K. W. Leong, et al., Nat. Methods 2013, 10, 973-976;
63. S. Konermann, M. D. Brigham, A. E. Trevino, J. Joung, O. O. Abudayyeh, C. Barcena, P. D. Hsu, N. Habib, J. S. Gootenberg, H. Nishimasu, et al., Nature 2015, 517, 583-588.
64. J. Liao, R. Karnik, H. Gu, M. J. Ziller, K. Clement, A. M. Tsankov, V. Akopian, C. A. Gifford, J. Donaghey, C. Galonska, et al., Nat. Genet. 2015, 47, 469-478.
65. C. Chen, L. A. Fenk, M. de Bono, Nucleic Acids Res. 2013, 41, e 193.
66. W. Zhu, R. Lei, Y. Le Duff, J. Li, F. Guo, M. A. Wainberg, C. Liang, Retrovirology 2015, 12, 1-7.
67. S. Zhen, L. Hua, Y. H. Liu, L. C. Gao, J. Fu, D. Y. Wan, L. H. Dong, H. F. Song, X. Gao, Gene Ther. 2015, 22, 404-412.
68. S. Chen, N. E. Sanjana, K. Zheng, O. Shalem, K. Lee, X. Shi, D. A. Scott, J. Song, J. Q. Pan, R. Weissleder, et al., Cell 2015, 160, 1246-1260.
69. D. Maddalo, E. Manchado, C. P. Concepcion, C. Bonetti, J. A. Vidigal, Y. C. Han, P. Ogrodowski, A. Crippa, N. Rekhtman, E. de Stanchina, et al., Nature 2014, 516, 423-427;
70. W. Xue, S. Chen, H. Yin, T. Tammela, T. Papagiannakopoulos, N. S. Joshi, W. Cai, G. Yang, R. Bronson, D. G. Crowley, et al., Nature 2014, 514, 380-384.
71. H. Yin, W. Xue, S. Chen, R. L. Bogorad, E. Benedetti, M. Grompe, V. Koteliansky, P. A. Sharp, T. Jacks, D. G. Anderson, Nat. Biotechnol. 2014, 32, 551-553.
72. G. Schwank, B. K. Koo, V. Sasselli, J. F. Dekkers, I. Heo, T. Demircan, N. Sasaki, S. Boymans, E. Cuppen, C. K. van der Ent, et al., Cell Stem Cell 2013, 13, 653-658.
73. D. Baltimore, P. Berg, M. Botchan, D. Carroll, R. A. Charo, G. Church, J. E. Corn, G. Q. Daley, J. A. Doudna, M. Fenner, et al., Science 2015, 348, 36-38.
74. E. Lanphier, F. Urnov, S. E. Haecker, M. Werner, J. Smolenski, Nature 2015, 519, 410-411.