An engineered Cas12i nuclease that is an efficient genome editing tool in animals and plants

基因组编辑 核酸酶 转录激活物样效应核酸酶 计算生物学 清脆的 限制 基因组工程 Cas9 基因组 生物 蛋白质工程 遗传学 基因 生物化学 工程类 机械工程
作者
Zhiqiang Duan,Yafeng Liang,Jialei Sun,Hongjin Zheng,Tong Lin,Pengyu Luo,Mengge Wang,Ruiheng Liu,Ying Chen,Guo Shu-hua,Nannan Jia,Hongtao Xie,Meili Zhou,Minghui Xia,Kaijun Zhao,Shuhui Wang,Na Liu,Y. Jia,Wei Si,Qitong Chen
出处
期刊:The Innovation [Elsevier BV]
卷期号:5 (2): 100564-100564 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.xinn.2024.100564
摘要

The type V-I CRISPR-Cas system is becoming increasingly more attractive for genome editing. However, natural nucleases of this system often exhibit low efficiency, limiting their application. Here, we used structure-guided rational design and protein engineering to optimize an uncharacterized Cas12i nuclease, Cas12i3. As a result, we developed Cas-SF01, a Cas12i3 variant that exhibits significantly improved gene editing activity in mammalian cells. Cas-SF01 shows comparable or superior editing performance compared to SpCas9 and other Cas12 nucleases. Compared to natural Cas12i3, Cas-SF01 has an expanded PAM range and effectively recognizes NTTN and noncanonical NATN and TTVN PAMs. In addition, we identified an amino acid substitution, D876R, that markedly reduced the off-target effect while maintaining high on-target activity, leading to the development of Cas-SF01HiFi (high-fidelity Cas-SF01). Finally, we show that Cas-SF01 has high gene editing activities in mice and plants. Our results suggest that Cas-SF01 can serve as a robust gene editing platform with high efficiency and specificity for genome editing applications in various organisms.
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