A structural accessibility principle for LbuCas13a activation by noncontiguous DNA

生物 DNA 反式激活crRNA 核糖核酸 位阻效应 细胞生物学 生物物理学 计算生物学 DNA损伤 寡核苷酸 分子动力学 DNA修复 清脆的 基因表达调控 HEK 293细胞 血浆蛋白结合 Cas9 突变 基因 钥匙(锁) 引导RNA DNA结合蛋白 遗传学 DNA复制 块(置换群论) 突变 信号转导 蛋白质结构 抄写(语言学) 生物化学 机制(生物学) A-DNA
作者
W Y Wang,Yuhan Chen,Z Li,Li Zhang,Kai Gui,You Wu,Na Yin,X Han,Yaoyi Zhang,Ruiling Lu,Z Zhang,L Wang,Guoming Xie
出处
期刊:Nucleic Acids Research [Oxford University Press]
卷期号:54 (14)
标识
DOI:10.1093/nar/gkag740
摘要

CRISPR-Cas13a is mainly known as an RNA-guided RNA endonuclease. Recent studies show that Leptotrichia buccalis Cas13a (LbuCas13a) can interact with DNA substrates too, without PAM or PFS constraints, but current understanding of DNA-mediated activation is largely based on continuous target strands. Here, we define a structural accessibility principle for LbuCas13a activation by noncontiguous DNA. We show that activation occurs only when overhang positioning creates an accessible protein-DNA interface. Outer overhangs near the crRNA repeat-adjacent side restore strong trans-cleavage activity by stabilizing key LbuCas13a-DNA contacts, whereas distal outer overhangs support only weak activation. In contrast, inner overhangs cause steric mismatch, destabilize the complex, and block formation of an active conformation. Molecular modeling and molecular dynamics simulations support this structure-dependent rule. Noncontiguous DNA also broadens the single-nucleotide discrimination window of LbuCas13a and enables accurate IDH1 R132H detection in glioma tissues. We further develop a one-step APE1-activated CRISPR-LbuCas13a reaction (ACROSS) for sensitive APE1 detection. Because activated LbuCas13a cleaves RNA reporters but not DNA-triggering products, ACROSS preserves the activating structure and supports stable signaling in vitro, in live cells, and in breast cancer serum samples.
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