Confinement in Dual-Chain-Locked DNA Origami Nanocages Programs Marker-Responsive Delivery of CRISPR/Cas9 Ribonucleoproteins

Cas9 基因组编辑 清脆的 核糖核蛋白 化学 细胞生物学 计算生物学 基因 核糖核酸 生物 生物化学
作者
Ziqi Xu,Yuxiang Dong,Ningning Ma,Xurong Zhu,Xue Zhang,Hao Yin,Shiqing Chen,Jun‐Jie Zhu,Ye Tian,Qianhao Min
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (49): 26557-26568 被引量:30
标识
DOI:10.1021/jacs.3c04074
摘要

Delivery of CRISPR/Cas9 ribonucleoproteins (RNPs) offers a powerful tool for therapeutic genome editing. However, precise manipulation of CRISPR/Cas9 RNPs to switch the machinery on and off according to diverse disease microenvironments remains challenging. Here, we present dual-chain-locked DNA origami nanocages (DL-DONCs) that can confine Cas9 RNPs in the inner cavity for efficient cargo delivery and dual-marker-responsive genome editing in the specified pathological states. By engineering of ATP or miRNA-21-responsive dsDNAs as chain locks on the DONCs, the permeability of nanocages and accessibility of encapsulated Cas9 RNPs can be finely regulated. The resulting DL-DONCs enabled steric protection of bioactive Cas9 RNPs from premature release and deactivation during transportation while dismounting the dual chain locks in response to molecular triggers after internalization into tumor cells, facilitating the escape of Cas9 RNPs from the confinement for gene editing. Due to the dual-marker-dominated uncaging mechanism, the gene editing efficiency could be exclusively determined by the combined level of ATP and miRNA-21 in the target cellular environment. By targeting the tumor-associated PLK-1 gene, the DL-DONCs-enveloped Cas9 RNPs have demonstrated superior inhibitory effects on the proliferation of tumor cells in vitro and in vivo. The developed DL-DONCs provide a custom-made platform for the precise manipulation of Cas9 RNPs, which can be potentially applied to on-demand gene editing for classified therapy in response to arbitrary disease-associated biomolecules.
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