Structure and engineering of miniature Acidibacillus sulfuroxidans Cas12f1

核酸酶 亚基因组mRNA 清脆的 基因组编辑 引导RNA Cas9 基因组工程 计算生物学 生物 DNA 工具箱 计算机科学 遗传学 基因 程序设计语言
作者
Zhaowei Wu,Dongliang Liu,Deng Pan,Haopeng Yu,Jin Shi,Jiacheng Ma,Wenhan Fu,Zhipeng Wang,Zijie Zheng,Yannan Qu,Fan Li,Weizhong Chen,Xingxu Huang,Huaizong Shen,Quanjiang Ji
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
标识
DOI:10.1101/2023.07.03.547593
摘要

Abstract The miniature CRISPR-Cas12f nucleases allow for efficient delivery via cargo-size-limited adeno-associated virus delivery vehicles, thereby showing promising potential for in vivo therapeutic applications. Acidibacillus sulfuroxidans Cas12f1 (AsCas12f1, 422 amino acids) is the most compact Cas12f nuclease identified to date, showing a moderate level of genome-editing activity in human cells compared to Cas9 and Cas12a. Understanding the mechanisms of why such a compact nuclease is active for genome editing would facilitate its rational engineering. Here, we report the cryo-EM structure of the AsCas12f1-sgRNA-dsDNA ternary complex, and reveal that AsCas12f1 functions as an asymmetric dimer for single-guide RNA (sgRNA) binding and DNA targeting. The detailed mechanisms for dimer formation, PAM recognition, and sgRNA accommodation are elucidated. Leading by the structural knowledge, we extensively engineer the AsCas12f1 nuclease and its corresponding sgRNA, resulting in an evolved AsCas12f1-sgRNA combination with drastically enhanced genome editing activity in human cells. These results provide further understanding of compact CRISPR systems and expand the mini CRISPR toolbox for therapeutic applications.
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