Structural Basis for Guide RNA Processing and Seed-Dependent DNA Targeting by CRISPR-Cas12a

生物 引导RNA 清脆的 Cas9 计算生物学 核糖核酸 遗传学 核酸酶 DNA RNA编辑 基因组编辑 内啡肽酶 基因 核糖核酸酶P
作者
Daan C. Swarts,John van der Oost,Martin Jínek
出处
期刊:Molecular Cell [Elsevier BV]
卷期号:66 (2): 221-233.e4 被引量:628
标识
DOI:10.1016/j.molcel.2017.03.016
摘要

The CRISPR-associated protein Cas12a (Cpf1), which has been repurposed for genome editing, possesses two distinct nuclease activities: endoribonuclease activity for processing its own guide RNAs and RNA-guided DNase activity for target DNA cleavage. To elucidate the molecular basis of both activities, we determined crystal structures of Francisella novicida Cas12a bound to guide RNA and in complex with an R-loop formed by a non-cleavable guide RNA precursor and a full-length target DNA. Corroborated by biochemical experiments, these structures reveal the mechanisms of guide RNA processing and pre-ordering of the seed sequence in the guide RNA that primes Cas12a for target DNA binding. Furthermore, the R-loop complex structure reveals the strand displacement mechanism that facilitates guide-target hybridization and suggests a mechanism for double-stranded DNA cleavage involving a single active site. Together, these insights advance our mechanistic understanding of Cas12a enzymes and may contribute to further development of genome editing technologies.
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