Conformational Activation Promotes CRISPR-Cas12a Catalysis and Resetting of the Endonuclease Activity

反式激活crRNA 磷酸二酯键 核酸内切酶 清脆的 费斯特共振能量转移 DNA 生物 劈理(地质) Cas9 生物物理学 核糖核酸 生物化学 基因 荧光 量子力学 断裂(地质) 物理 古生物学
作者
Stefano Stella,Pablo Mesa,Johannes Thomsen,Bijoya Paul,Pablo Alcón,Simon Bo Jensen,Bhargav Saligram,Matias E. Moses,Nikos S. Hatzakis,Guillermo Montoya
出处
期刊:Cell [Cell Press]
卷期号:175 (7): 1856-1871.e21 被引量:275
标识
DOI:10.1016/j.cell.2018.10.045
摘要

Summary

Cas12a, also known as Cpf1, is a type V-A CRISPR-Cas RNA-guided endonuclease that is used for genome editing based on its ability to generate specific dsDNA breaks. Here, we show cryo-EM structures of intermediates of the cleavage reaction, thus visualizing three protein regions that sense the crRNA-DNA hybrid assembly triggering the catalytic activation of Cas12a. Single-molecule FRET provides the thermodynamics and kinetics of the conformational activation leading to phosphodiester bond hydrolysis. These findings illustrate why Cas12a cuts its target DNA and unleashes unspecific cleavage activity, degrading ssDNA molecules after activation. In addition, we show that other crRNAs are able to displace the R-loop inside the protein after target DNA cleavage, terminating indiscriminate ssDNA degradation. We propose a model whereby the conformational activation of the enzyme results in indiscriminate ssDNA cleavage. The displacement of the R-loop by a new crRNA molecule will reset Cas12a specificity, targeting new DNAs.
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