Regulating the trans-Cleavage Activity of CRISPR/Cas12a by Using an Elongation-Caged Single-Stranded DNA Activator and the Biosensing Applications

反式激活crRNA 清脆的 化学 激活剂(遗传学) 劈理(地质) DNA 计算生物学 Cas9 纳米技术 生物物理学 生物化学 基因 生物 断裂(地质) 古生物学 材料科学
作者
Xinrui Fei,Chao Lei,Wei Ren,Xiaoling Liu,Chenghui Liu
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:95 (32): 12169-12176 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.3c02471
摘要

The CRISPR/Cas12a system exhibits extraordinary capability in the field of biosensing and molecular diagnosis due to its trans-cleavage ability. However, it is still desirable for precise control and programmable regulation of Cas12a trans-cleavage activity to promote the in-depth studies and application expansion of Cas12a-based sensing platforms. In this work, we have developed a new and robust CRISPR/Cas12a regulation mechanism by endowing the activator with the function of caging crRNA ingeniously. Specifically, we constructed an integrated elongation-caged activator (EL-activator) by extending the ssDNA activator on the 3′-end. We found that appending only about 8 nt that is complementary to the crRNA repeat region is enough to cage the crRNA spacer/repeat region, thus effectively inhibiting Cas12a trans-cleavage activity. The inner inhibition mechanism was further uncovered after a thorough investigation, demonstrating that the EL-activator works by impeding the conformation of crRNA required for Cas12a recognition and destroying its affinity with Cas12a. By further switching on the elongated moiety on the EL-activator using target biomarkers, the blocked trans-cleavage activity of Cas12a can be rapidly recovered. Finally, a versatile sensing platform was established based on the EL-activator regulation mechanism, expanding the conventional Cas12a system that only directly recognizes DNA to the direct detection of enzymes and RNA biomarkers. This work has enriched the CRISPR/Cas12a regulation toolbox and expanded its sensing applications.
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