Determinants of CRISPR Cas12a nuclease activation by DNA and RNA targets

生物 核酸酶 清脆的 核糖核蛋白 DNA 核糖核酸 遗传学 引导RNA 微球菌核酸酶 计算生物学 Cas9 分子生物学 细胞生物学 基因 组蛋白 核小体
作者
Eric A. Nalefski,Remy M. Kooistra,Ishira Parikh,Samantha Hedley,Karunya Rajaraman,Damian Madan
出处
期刊:Nucleic Acids Research [Oxford University Press]
卷期号:52 (8): 4502-4522 被引量:16
标识
DOI:10.1093/nar/gkae152
摘要

Abstract The RNA-guided CRISPR-associated (Cas) enzyme Cas12a cleaves specific double-stranded (ds-) or single-stranded (ss-) DNA targets (in cis), unleashing non-specific ssDNA cleavage (in trans). Though this trans-activity is widely coopted for diagnostics, little is known about target determinants promoting optimal enzyme performance. Using quantitative kinetics, we show formation of activated nuclease proceeds via two steps whereby rapid binding of Cas12a ribonucleoprotein to target is followed by a slower allosteric transition. Activation does not require a canonical protospacer-adjacent motif (PAM), nor is utilization of such PAMs predictive of high trans-activity. We identify several target determinants that can profoundly impact activation times, including bases within the PAM (for ds- but not ssDNA targets) and sequences within and outside those complementary to the spacer, DNA topology, target length, presence of non-specific DNA, and ribose backbone itself, uncovering previously uncharacterized cleavage of and activation by RNA targets. The results provide insight into the mechanism of Cas12a activation, with direct implications on the role of Cas12a in bacterial immunity and for Cas-based diagnostics.
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