Molecular basis for CRISPR RNA-guided nucleic acid cleavage and DNA transposition

CRISPR RNA引导的核酸切割和DNA转座的分子基础

基本信息

  • 批准号:
    10222734
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 33.17万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-01 至 2025-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY CRISPR-Cas systems provide adaptive immunity in bacteria and archaea by employing guide RNAs and endonuclease effectors to specifically recognize and cleave invasive nucleic acids. The specific DNA targeting and cleavage activities of CRISPR-Cas systems have been adopted and developed for genome editing and various other applications, which are revolutionizing biomedical research and beyond. However, safety concerns are raised because of off-target genome editing and the dependence of these systems on endogenous host DNA repair pathways, hindering clinical application. Exploration of alternative CRISPR-Cas systems in nature not only offers an opportunity to overcome those challenges but may also inspire new applications. Structural and biochemical characterizations of CRISPR-Cas systems are critical for understanding their mechanisms and repurposing them for precise genome editing. Our long-term goals are to unravel the mechanisms underlying target nucleic acid recognition and cleavage mediated by type V and transposon-associated CRISPR-Cas systems, which provide essential knowledge for safer and more reliable application in treating human disease. In this proposal, we will work on the molecular mechanisms for four newly discovered CRISRP-Cas systems, covering DNA targeting (Cas12i), RNA targeting (Cas12g), and CRISPR RNA-guided DNA transposition (type I-F Cascade and Cas12k). As revealed in our preliminary data, Cas12i accommodates a longer crRNA-DNA heteroduplex than currently used Cas effectors, thus potentially improving specificity for genome editing. The RNA-guided RNase Cas12g is compact and thermostable, highlighting its potential for RNA editing and RNA targeting. Furthermore, type I-F Cascade and Cas12k direct transposition machinery for RNA-guided DNA transposition, opening a new paradigm for genome editing independent of DNA repair pathways. 1
项目概要 CRISPR-Cas系统通过使用引导RNA和 核酸内切酶效应子特异性识别和切割侵入性核酸。特异性 DNA 靶向 CRISPR-Cas系统的切割活性已被采用和开发用于基因组编辑和 各种其他应用正在彻底改变生物医学研究及其他领域。不过,安全 由于脱靶基因组编辑以及这些系统对 内源性宿主DNA修复途径,阻碍了临床应用。替代 CRISPR-Cas 的探索 自然界的系统不仅提供了克服这些挑战的机会,而且还可能激发新的 应用程序。 CRISPR-Cas系统的结构和生化特征对于 了解它们的机制并重新利用它们进行精确的基因组编辑。我们的长期目标是 揭示V型和介导的靶核酸识别和切割的潜在机制 转座子相关 CRISPR-Cas 系统,为更安全、更可靠提供必要的知识 在治疗人类疾病中的应用。在本提案中,我们将研究四个方面的分子机制 新发现的CRISRP-Cas系统,涵盖DNA靶向(Cas12i)、RNA靶向(Cas12g)和 CRISPR RNA 引导的 DNA 转座(I-F 级联和 Cas12k 型)。正如我们的初步数据所示, Cas12i 可容纳比目前使用的 Cas 效应器更长的 crRNA-DNA 异源双链体,因此有可能 提高基因组编辑的特异性。 RNA 引导的 RNase Cas12g 结构紧凑且耐热, 强调了其在 RNA 编辑和 RNA 靶向方面的潜力。此外,I-F Cascade 型和 Cas12k direct 用于RNA引导DNA转座的转座机器,开启基因组编辑的新范式 独立于 DNA 修复途径。 1

项目成果

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