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CRISPR-Cas9 核酸酶因其可编程靶向和切割 DNA 的能力而被广泛用作分子和细胞生物学工具。Cas9 通过解开 DNA 双螺旋并将其相关向导 RNA 的 20 个核苷酸部分与一条 DNA 链杂交，形成 R 环结构来识别其目标位点。需要对 R 环形成进行动态和机械描述，以了解目标搜索的生物物理学，并开发合理的方法来减轻脱靶活动，同时考虑基因组中扭转应变的影响。在这里，我们使用转子珠跟踪 (RBT) 研究了 Cas9 R 环形成和坍塌的动力学，这是一种单分子技术，可以同时以碱基对分辨率监测 DNA 解旋和实时荧光标记大分子的结合。通过测量双螺旋解旋时的扭矩变化，我们发现 R 环形成和坍塌通过瞬时离散中间体进行，与初始种子区域内的 DNA:RNA 杂交一致。通过在受控机械扰动下对靶序列和脱靶序列进行系统测量，我们描述了序列错配的位置依赖性效应，并展示了 DNA 超螺旋如何调节 R 环形成的能量景观并决定进入能够稳定结合和切割的状态。与此能量景观模型一致，在批量实验中，我们观察到生理负超螺旋下的混杂切割。本文提供的 DNA 询问的详细描述提出了改进 Cas9 作为基因组工程工具的特异性和动力学的策略，并可能启发利用对 DNA 超螺旋的敏感性的扩展应用。
Cas9 通过错配和超螺旋调节离散步骤来查询 DNA
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