Conformational control of Cas9 by CRISPR hybrid RNA-DNA guides mitigates off-target activity in T cells

生物 清脆的 Cas9 计算生物学 引导RNA 核糖核酸 细胞生物学 遗传学 DNA 分子生物学 基因
作者
Paul D. Donohoue,Martin Pačesa,Elaine K. Lau,Bastien Vidal,Matthew J. Irby,David B. Nyer,Tomer Rotstein,Lynda Banh,Mckenzi S. Toh,Jason Gibson,Bryan Kohrs,Kevin Baek,Arthur L.G. Owen,Euan M. Slorach,Megan van Overbeek,Christopher K. Fuller,Andrew P. May,Martin Jínek,Peter Cameron
出处
期刊:Molecular Cell [Elsevier BV]
卷期号:81 (17): 3637-3649.e5 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.molcel.2021.07.035
摘要

The off-target activity of the CRISPR-associated nuclease Cas9 is a potential concern for therapeutic genome editing applications. Although high-fidelity Cas9 variants have been engineered, they exhibit varying efficiencies and have residual off-target effects, limiting their applicability. Here, we show that CRISPR hybrid RNA-DNA (chRDNA) guides provide an effective approach to increase Cas9 specificity while preserving on-target editing activity. Across multiple genomic targets in primary human T cells, we show that 2'-deoxynucleotide (dnt) positioning affects guide activity and specificity in a target-dependent manner and that this can be used to engineer chRDNA guides with substantially reduced off-target effects. Crystal structures of DNA-bound Cas9-chRDNA complexes reveal distorted guide-target duplex geometry and allosteric modulation of Cas9 conformation. These structural effects increase specificity by perturbing DNA hybridization and modulating Cas9 activation kinetics to disfavor binding and cleavage of off-target substrates. Overall, these results pave the way for utilizing customized chRDNAs in clinical applications.

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