5′-End Engineering of CRISPR/Cas12a Activators: A Versatile Platform for Multiple Biomarker Analysis and Clinical Cancer Tissue Identification

化学 清脆的 生物标志物 生物传感器 计算生物学 反式激活crRNA 纳米技术 基因组编辑 生物化学 基因 生物 材料科学
作者
Jiayi Shi,Ziwen Li,Zhi-Li Yao,Gui‐Mei Han,Manying Li,Qiliang Cai,De‐Ming Kong
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:97 (33): 18188-18198 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c03168
摘要

The CRISPR/Cas12a system has emerged as a powerful tool for biosensing due to its unique trans-cleavage activity. However, the fundamental mechanisms governing its activation remain inadequately understood, limiting the design flexibility and application scope of CRISPR/Cas12a-based biosensors. In this study, we investigated the activation behavior of CRISPR/Cas12a, focusing on the 5'-end engineering of the activator strand. We discovered that the activation of CRISPR/Cas12a can be significantly suppressed by incorporating a rigid intramolecular hairpin or intermolecular duplex at the 5'-end of the activator strand designed using our discovered RESET effect. Leveraging this finding, we developed a series of CRISPR/Cas12a-based biosensors capable of sensitive and selective detection, as well as live-cell imaging, for various biomarkers including microRNAs, biological small molecules, enzymes, and reactive oxygen species. Notably, the biosensor designed for miR-210, a biomarker for renal cell carcinoma (RCC), demonstrated exceptional performance in distinguishing between clinical RCC tissues and adjacent healthy tissues, highlighting its potential for cancer diagnosis, prognosis, and intraoperative decision-making. This study not only deepens the understanding of CRISPR/Cas12a activation mechanisms but also provides a versatile platform for developing advanced biosensors in molecular diagnostics and therapeutic monitoring.
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