预印本(未经同行评审认证)是作者/资助者。保留所有权利。未经许可不得重复使用。此版本的版权所有者于 2020 年 11 月 9 日发布。;https://doi.org/10.1101/2020.11.09.371237 doi:bioRxiv 预印本
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NXPHURXV UaWLRQaOO\-dHVLJQHd aQd dLUHcWHd-HYROXWLRQ YaULaQWV RI SSCaV9 KaYH bHHQ UHSRUWHd WR H[SaQd WKH XWLOLW\ RI CRISPR WHcQQRORJ\。 HHUH,ZH bHQcKPaUN PAM SUHIHUHQcHV,RQ-WaUJHW acWLYLW\,aQd RII-WaUJHW VXVcHSWLbLOLW\ RI 11 YaULaQWV RI SSCaV9 LQ cXOWXUH aVVKWKWKVHVJVJW HWLQJ HQdRJHQRXV JHQHV。 TR HQKaQcH WKH cRYHUaJH aQd WKXV XWLOLW\ RI baVH HdLWLQJ VcUHHQV,ZH dHPRQVWUaWH WKaW WKH SSCaV9-NG aQd SSG YaULaQWV aUH cRPSaWLbOH ZLRWK baVHVH baVH>,PRUH WKaQ WULSOLQJ WKH QXPbHU RI JXLdHV aQd aVVa\abOH UHVLdXHV。 WH dHPRQVWUaWH WKH SHUIRUPaQcH RI WKHVH WHcKQRORJLHV b\ VcUHHQLQJ IRU ORVV-RI-IXQcWLRQ PXWaWLRQV LQ BRCA1 aQd VHQHWRcOa[-UHVLXWaQWQW LWHWQL\ LQJ bRWK NQRZQ aQd QHZ LQVLJKWV LQWR WKHVH cOLQLcaOO\-UHOHYaQW JHQHV。 WH aQWLcLSaWH WKaW WKH WRROV aQd PHWKRdRORJLHV dHVcULbHd KHUH ZLOO IacLOLWaWH WKH LQYHVWLJaWLRQ RI JHQHWLc YaUlaQWV aW a ILQHU aQd dHHSWRI UXWHRUQL LcVHR HVW。
基于 CRISPR/Cas9 的基因编辑的引入大大加速了治疗性基因组编辑。然而,CRISPR/Cas9 蛋白的脱靶 DNA 切割阻碍了其临床转化,从而阻碍了其作为可编程基因组编辑工具的广泛使用。尽管已经开发出具有更好错配识别能力的 Cas9 变体,但它们的靶向 DNA 切割率明显较低。在这里,我们将来自新凶手弗朗西斯菌 (FnCas9) 的更特异性的天然 Cas9 与最广泛使用的 SpCas9 蛋白的动力学进行了比较。对两种 Cas9 蛋白的游离形式和 gRNA 结合形式进行了长期原子 MD 模拟,并比较了它们的域重排和与 gRNA 的结合亲和力,以揭示 FnCas9 蛋白特异性增强的可能原因。与 SpCas9 相比,FnCas9 与 gRNA 的结合亲和力更大、域静电更大、波动性更大,这可以解释其特异性增强和对错配的容忍度更低。
碱基编辑器是 RNA 引导的脱氨酶,可实现位点特异性核苷酸转换。这些 Cas 脱氨酶融合蛋白的靶向范围主要取决于靶基因座处原间隔区相邻基序 (PAM) 的可用性,并且仅限于 CRISPR-Cas R 环内的窗口,其中单链 DNA (ssDNA) 可供脱氨酶接触。在这里,我们推断 Cas9-HNH 核酸酶结构域在空间上限制了 ssDNA 的可及性,并证明省略该结构域会扩大编辑窗口。通过将 HNH 核酸酶结构域与单体或异二聚体腺苷脱氨酶交换,我们还设计了具有 PAM 近端移位编辑窗口的腺嘌呤碱基编辑器变体 (HNHx-ABE)。这项工作扩展了碱基编辑器的靶向范围,并提供了明显更小的碱基编辑器变体。此外,它还提供了 Cas9 蛋白质工程的未来潜在方向,其中 HNH 结构域可以被作用于 ssDNA 的其他酶取代。
寡核苷酸和基于序列的试剂 PCR 引物 本研究 从 IDT ssODN 合成 Ittiprasert 等人,2019 年和本研究 Ultramer DNA Oligos, 从 IDT 合成向导 RNA Ittiprasert 等人,2019 年和本研究 从 IDT 合成 化学品、酶和其他试剂 Alt-R® CRISPR-Sp HiFi Cas9 酶 V3 Integrated DNA Technologies 1081060 Alt-R® CRISPR-AsCas12a 酶 V3 Integrated DNA Technologies 1081068 DNAzol® ES 试剂 Molecular Research Center DN127 RNAzol® RT 试剂 Molecular Research Center RN190 Opti-MEM FisherScientific Gibco™ 31985062 DMEM FisherScientific 88364 胎牛血清 FisherScientific Gibco™ 26140079 100x 青霉素-链霉素-两性霉素 B FisherScientific SV30079.01 NucleoSpin® 凝胶和 PCR 纯化 Takara 740609
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(未经同行评审认证)是作者/资助者。保留所有权利。未经许可不得重复使用。此预印本的版权所有者此版本于 2021 年 11 月 23 日发布。;https://doi.org/10.1101/2021.11.15.468743 doi:bioRxiv preprint
摘要:CRISPR-Cas9技术的出现彻底改变了基础和转化生物医学研究。为了使Cas9核酸酶发挥基因组编辑活性,通常将源自猿猴病毒40(SV40)T抗原的核定位信号(NLS)作为基因融合体安装,以引导细胞内的Cas9蛋白进入细胞核。值得注意的是,先前的研究表明,多个SV40 NLS融合可以提高Cas9衍生的基因组编辑和碱基编辑工具的靶向活性。此外,多NLS融合可以以组成性表达和直接递送Cas9-引导RNA核糖核蛋白(RNP)复合物的形式增加Cas9的细胞内活性。然而,NLS融合与细胞内Cas9活性之间的关系尚不完全清楚,包括活性对NLS融合数量或组织的依赖性。在本研究中,我们构建并纯化了一组在蛋白质的 N 端或 C 端含有 1 至 4 个 NLS 重复序列的化脓性链球菌 Cas9 (SpCas9) 变体,并系统地分析了多 NLS 融合对 SpCas9 RNPs 活性的影响。我们发现,多 NLS 融合可以提高脂质转染或核转染 Cas9 RNPs 的细胞内活性。重要的是,多 NLS 融合可以增强 SpCas9 RNPs 在原代细胞、干细胞/祖细胞和小鼠胚胎中的基因组编辑活性。
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