Structure-guided discovery and engineering of miniature CRISPR-Cas12m for epigenome editing

表观基因组 生物 计算生物学 表观遗传学 基因组编辑 DNA 基因沉默 机制(生物学) 细胞生物学 翻译(生物学) DNA甲基化 计算机科学 遗传学 基因 5-羟甲基胞嘧啶 基因组 生物信息学 人类基因组 脱氧核酶 人类遗传学 纳米医学 DNA结合蛋白 基因表达调控
作者
Tao Yu,Meng Ji,Daqi Yu,Zhao Guan,Rongyi Zhu,Yupeng Jiang,Zhiyi Yang,Lizhen Qiu,Jiawei Mu,Fengbiao Mao,Kuanhui Xiang,Lu Bai,Kai Li
标识
DOI:10.64898/2026.03.26.714355
摘要

CRISPR-based epigenome editing represents a programmable strategy to precisely modulate gene expression, holding immense promise for therapeutic applications. However, the large size of the dCas proteins substantially impedes the delivery via adeno-associated virus (AAV) vectors. Here, through iterative bioinformatics analysis, structure-guided predictions, and functional assays, we identified and characterized a novel miniature subtype V-M CRISPR-Cas12m from Pelomicrobium methylotrophicum. PmCas12m exhibited flexible 5'-YTN-3' PAM-dependent recognition and robust double-stranded DNA binding properties, while lacking DNA cleavage activity, thus positioning it as an ideal tool for epigenome editing. Cryogenic electron microscopy (cryo-EM) structures of PmCas12m unveiled its unique molecular mechanism of DNA binding facilitating interference. Guided by these structural insights, we employed deep mutational scanning (DMS) and protein engineering to develop xCas12m, a hypercompact variant with highly potent and specific epigenome editing capabilities in human cells. We further constructed the xCas12m-CRISPRoff platform in a single AAV vector, which achieved durable epigenetic silencing and effective inhibition of hepatitis B virus (HBV) infection in a mouse model. Collectively, these findings establish xCas12m as a versatile epigenome editing platform with transformative potential for treating diseases, paving the way for clinical translation of epigenetic therapies.
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