Photocontrolled dissociation and toehold-mediated strand displacement-based synergistic regulation of CRISPR-Cas12a

生物 DNA 生物物理学 离解(化学) 计算生物学 细胞生物学 大肠杆菌蛋白质类 基因表达调控 基因 生物系统 生物化学 HEK 293细胞 磷酸化 授权 组合化学 合成生物学 模型系统 纳米技术 国家(计算机科学) 血浆蛋白结合
作者
Wu, Jia-ni,Li Changjiang,Liu Zhujun,Li Xiaolong,Wang Jiarun,Lou Xiaoding,Xia Fan,Dai Jun,Wu Tongbo
出处
期刊:Nucleic Acids Research [Oxford University Press]
卷期号:53 (20)
标识
DOI:10.1093/nar/gkaf1178
摘要

Abstract The trans-cleavage activity of the CRISPR-Cas system holds broad potential across diverse fields, yet precise spatiotemporal regulation remains challenging due to the predominantly single-direction control strategies available. Here, we present a bidirectional, multi-round modulation strategy for CRISPR-Cas12a trans-cleavage activity, utilizing toehold-mediated strand displacement and photocontrolled dissociation. This approach enables dynamic transitions between on and off states: Cas12a activity is activated by an activator, inhibited by a photosensitive blocker, and reactivated via UV light. We further integrated this system with DNA cryptography, establishing a hierarchical temporal authorization system that enhanced cryptographic security. The method supported multi-round modulation, achieving restoration of 95.4% activity after multiple cycles in the on state while maintaining suppression to 12.4% in the off state. This precise control strategy provides a versatile tool for spatiotemporal regulation in CRISPR-based applications, with significant implications for advanced gene editing, diagnostics, and bioengineering.
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