RNA structure modulates Cas13 activity and enables mismatch detection

核糖核酸 计算生物学 RNA干扰 清脆的 化学 流离失所(心理学) RNA沉默 小干扰RNA 机制(生物学) 细胞生物学 分子生物学 突变 小RNA RNA编辑 非编码RNA 寡核苷酸 核酸结构 基因表达调控 基因表达 生物
作者
Benjamin B. Larsen,Ofer Kimchi,Owen R. S. Dunkley,Maaike S. Grimm,Jurre Y. Siegers,Yujia Huang,Venu Gopal Vandavasi,Long Thành Nguyễn,Caitlin H. Lamb,Irina Aranovich,Dirk Eggink,Adam Meijer,Hamid Jalal,Daniel A. Notterman,Erik A. Karlsson,Aartjan J.W. te Velthuis,Cameron Myhrvold
出处
期刊:Nature Biotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:44 (10): 1684-1692 被引量:20
标识
DOI:10.1038/s41587-025-02868-6
摘要

Cas13 is activated by the hybridization of a CRISPR RNA to a complementary single-stranded RNA protospacer in a target RNA. While Cas13 is not activated by double-stranded RNA in vitro, it robustly targets RNA in cellular environments where RNAs are highly structured. The mechanism by which Cas13 targets structured RNAs remains unknown. Here, we systematically probe the effects of secondary structure on Cas13. We find that secondary structure in the protospacer and 3' to it inhibits Cas13 activity and quantitatively explains the former effect through a strand displacement framework. We then harness strand displacement to generate an 'occluded' Cas13, which enhances mismatch discrimination up to 50-fold and enables sequence-agnostic mutation identification at low (<1%) allele frequencies. Using occluded Cas13, we identify human-adaptive mutations in SARS-CoV-2 and human and avian influenza A viruses, as well as oncogenic mutations in KRAS. Our work leverages improved mechanistic understanding of Cas13 to expand the scope of RNA diagnostics and enable structure-informed Cas13 approaches.
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