Cyclodextrin-based tailored polyrotaxanes for highly efficient delivery of the genome-editing molecule

基因组编辑 核糖核蛋白 Cas9 化学 生物物理学 环糊精 清脆的 内体 内化 二乙烯三胺 小分子 计算生物学 生物化学 细胞内 基因 生物 细胞 有机化学 核糖核酸
作者
Toru Taharabaru,Takuya Kihara,Airi Obata,Risako Onodera,Yuting Wen,Jun Li,Keiichi Motoyama,Taishi Higashi
出处
期刊:Carbohydrate Polymers [Elsevier BV]
卷期号:323: 121443-121443 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.carbpol.2023.121443
摘要

Direct cytosolic delivery of the Cas9 ribonucleoprotein is the most promising method for inducing CRISPR-Cas9 genome editing in mammalian cells. Recently, we focused the movable properties of cyclodextrin-based polyrotaxanes (PRXs), which consist of numerous cyclodextrins threaded onto the axile molecule with bulky endcaps at both ends of the axile molecule, and developed aminated PRXs as multistep transformable carriers for Cas9 ribonucleoprotein, ensuring efficient complexation, cellular internalization, endosomal escape, release, and nuclear localization. This study reports the structural fine-tuning and structure-property relationship of multistep transformable PRXs for more efficient Cas9 ribonucleoprotein delivery. Among various PRXs, PRX derivatives with a longer molecular length (35 kDa polyethylene glycol as the axile molecule) and a low total degree of substitution (1.5 amino groups/α-cyclodextrins), as well as the modified ratio of two modified amines (cystamine and diethylenetriamine) = ≈1:1, exhibited the highest genome-editing efficacy and intracellular dynamics control. These structural properties are important for efficient endosomal escape and Cas9 RNP release. Furthermore, ligand-modified-β-CD, which can endow the ligand through complexation with PRX termini, improved the cellular uptake and genome-editing effects of the optimized PRX/Cas9 RNP in target cells. Thus, structural fine-tuning and the addition of ligand-modified-β-cyclodextrin enabled efficient genome editing by the Cas9 RNP.
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