An AsCas12f-based compact genome-editing tool derived by deep mutational scanning and structural analysis

生物 基因组编辑 基因组 基因 计算生物学 人类基因组 遗传学 DNA
作者
T Hino,Satoshi N. Omura,Ryoya Nakagawa,Tomoki Togashi,Satoru N. Takeda,Takafumi Hiramoto,Satoshi Tasaka,Hisato Hirano,Takeshi Tokuyama,Hideki Uosaki,Soh Ishiguro,Madina Kagieva,Hiroyuki Yamano,Yuki Ozaki,Daisuke Motooka,Hideto Mori,Yuhei Kirita,Yoshiaki Kise,Yuzuru Itoh,Satoaki Matoba
出处
期刊:Cell [Cell Press]
卷期号:186 (22): 4920-4935.e23 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.cell.2023.08.031
摘要

SpCas9 and AsCas12a are widely utilized as genome-editing tools in human cells. However, their relatively large size poses a limitation for delivery by cargo-size-limited adeno-associated virus (AAV) vectors. The type V-F Cas12f from Acidibacillus sulfuroxidans is exceptionally compact (422 amino acids) and has been harnessed as a compact genome-editing tool. Here, we developed an approach, combining deep mutational scanning and structure-informed design, to successfully generate two AsCas12f activity-enhanced (enAsCas12f) variants. Remarkably, the enAsCas12f variants exhibited genome-editing activities in human cells comparable with those of SpCas9 and AsCas12a. The cryoelectron microscopy (cryo-EM) structures revealed that the mutations stabilize the dimer formation and reinforce interactions with nucleic acids to enhance their DNA cleavage activities. Moreover, enAsCas12f packaged with partner genes in an all-in-one AAV vector exhibited efficient knock-in/knock-out activities and transcriptional activation in mice. Taken together, enAsCas12f variants could offer a minimal genome-editing platform for in vivo gene therapy.
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