Enhanced proofreading governs CRISPR-Cas9 targeting accuracy

Cas9 核酸酶 校对 清脆的 基因组编辑 计算生物学 费斯特共振能量转移 引导RNA 生物 聚合酶 遗传学 DNA 基因 物理 量子力学 荧光
作者
Janice S. Chen,Yavuz S. Dagdas,Benjamin P. Kleinstiver,Moira M. Welch,Lucas B. Harrington,Samuel H. Sternberg,J. Keith Joung,Ahmet Yıldız,Jennifer A. Doudna
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
被引量:9
标识
DOI:10.1101/160036
摘要

The RNA-guided CRISPR-Cas9 nuclease from Streptococcus pyogenes (SpCas9) has been widely repurposed for genome editing 1-4 . High-fidelity (SpCas9-HF1) and enhanced specificity (eSpCas9(1.1)) variants exhibit substantially reduced off-target cleavage in human cells, but the mechanism of target discrimination and the potential to further improve fidelity were unknown 5-9 . Using single-molecule Förster resonance energy transfer (smFRET) experiments, we show that both SpCas9-HF1 and eSpCas9(1.1) are trapped in an inactive state 10 when bound to mismatched targets. We find that a non-catalytic domain within Cas9, REC3, recognizes target mismatches and governs the HNH nuclease to regulate overall catalytic competence. Exploiting this observation, we identified residues within REC3 involved in mismatch sensing and designed a new hyper-accurate Cas9 variant (HypaCas9) that retains robust on-target activity in human cells. These results offer a more comprehensive model to rationalize and modify the balance between target recognition and nuclease activation for precision genome editing.

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