Characterization of structural elements controlling Cas9-mediated DNA cleavage and single-turnover enzyme kinetics.
控制 Cas9 介导的 DNA 切割和单周转酶动力学的结构元件的表征。
基本信息
- 批准号:10461615
- 负责人:
- 金额:$ 3.08万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-05-16 至 2023-11-19
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AddressAffinityBindingBiochemicalBiological AssayBiomedical ResearchBiophysicsCRISPR screenCatalysisClustered Regularly Interspaced Short Palindromic RepeatsComplexCryoelectron MicroscopyDNADNA RepairDevelopmentDiseaseDisease modelDissociationDistalDouble Strand Break RepairElementsEngineeringEnzymatic BiochemistryEnzyme KineticsEnzymesEventExhibitsGalactosidaseGene ExpressionGenesGenetic TranscriptionGenomeGenome engineeringGenomicsGoalsGuide RNAHydrolysisImmune systemImpairmentIn VitroKineticsLengthLibrariesMeasuresMediatingMethodsMolecularMolecular ConformationMonitorMutagenesisMutagensNucleic AcidsOrganismProteinsReactionResearchResolutionScreening ResultSiteSite-Directed MutagenesisStreptococcus pyogenesStructureSystemTechniquesTechnologyTestingTimeVariantVisualizationWorkbeta-Galactosidasechromatin remodelingds-DNAendonucleasefield studyflexibilitygenome editingin vivoinnovationinsightmutantnovelnucleaseparticlepreventprogramsrational designsuccesstool
项目摘要
ABSTRACT
The CRISPR/Cas9 system offers an extremely versatile genome editing technology by employing an RNA-
guided endonuclease, Cas9. Originally isolated from Streptococcus pyogenes, this system has been adapted
for use in a wide range of organisms and can be programmed to manipulate almost any site in the genome.
While Cas9 is easy to reprogram, the efficiency of Cas9-mediated editing varies considerably across different
genomic targets. Unlike other common bacterial endonucleases, Cas9 exhibits single-turnover kinetics where it
forms a stable product complex and requires an external force to release the cut DNA. This persistent product
state impairs access to the double-strand break by repair machinery and contributes to reduced genome editing
efficiency. Despite an abundance of Cas9 structures, the structure of the product complex remains
uncharacterized as previous studies were carried out under conditions that prevent DNA cleavage. As a result,
our structural understanding of the entire Cas9 reaction cycle remains incomplete and insufficient to explain why
Cas9 exhibits single-turnover kinetics. Our lab recently used cryo-EM to determine the structure of the
catalytically active Cas9-sgRNA-dsDNA ternary complex and captured three distinct conformational states (pre-
and post-catalytic, and product states). These structures provide new insight into the coordination of Cas9
domains throughout catalysis and reveal persistent Cas9-nucleic acid interactions in the product state. Guided
by this new insight, we will expand upon these studies to define the major structural elements contributing to
Cas9 catalysis and single-turnover kinetics. Using innovative in vitro kinetic assays and established structural
analyses, we will investigate the structural features that control the rate at which Cas9 cuts and releases the
targeted DNA. Using rational design in conjunction with random mutagenesis, we will engineer a multi-turnover
enzyme capable of spontaneously releasing its cleaved DNA product. Using an in vitro genome editing assay
and an in vivo -galactosidase assay, we will screen Cas9 mutants for an increased rate of DNA cleavage. We
anticipate the proposed studies will not only advance our molecular understanding of the Cas9 reaction cycle,
but also support the development of more efficient CRISPR/Cas9 technologies.
抽象的
CRISPR/Cas9 系统通过采用 RNA-
引导核酸内切酶 Cas9 最初是从化脓性链球菌中分离出来的,现已对该系统进行了改造。
可用于多种生物体,并且可以通过编程来操纵基因组中的几乎任何位点。
虽然 Cas9 很容易重新编程,但 Cas9 介导的编辑效率在不同的环境中差异很大。
与其他常见细菌核酸内切酶不同,Cas9 表现出单周转动力学。
形成稳定的产物复合物,需要外力来释放切割的DNA,这种持久的产物。
状态通过修复机制损害双链断裂,并有助于减少基因组编辑
尽管有丰富的 Cas9 结构,但产物复合物的结构仍然存在。
由于之前的研究是在防止 DNA 裂解的条件下进行的,因此没有被表征。
我们对整个 Cas9 反应循环的结构理解仍然不完整,不足以解释原因
Cas9 表现出单周转动力学。我们的实验室最近使用冷冻电镜来确定该结构。
催化活性 Cas9-sgRNA-dsDNA 三元复合物并捕获三种不同的构象状态(预
这些结构为 Cas9 的协调提供了新的见解。
整个催化过程中的域,并揭示了产物状态下持续的 Cas9 核酸相互作用。
通过这一新的见解,我们将扩展这些研究,以定义有助于
Cas9 催化和单周转动力学。使用创新的体外动力学测定和已建立的结构。
分析后,我们将研究控制 Cas9 切割和释放速率的结构特征
结合随机诱变的合理设计,我们将设计出多周转的DNA。
使用体外基因组测定能够自发释放其切割的 DNA 产物的酶。
和体内 -半乳糖苷酶测定,我们将筛选 Cas9 突变体以提高 DNA 切割率。
预计拟议的研究不仅会增进我们对 Cas9 反应循环的分子理解,
还支持开发更高效的 CRISPR/Cas9 技术。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Kaitlyn Kiernan其他文献
Kaitlyn Kiernan的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
相似国自然基金
抗原非特异性B细胞进入生发中心并实现亲和力成熟的潜力与调控机制
- 批准号:32370941
- 批准年份:2023
- 资助金额:50 万元
- 项目类别:面上项目
面向免疫疗法标志物识别的基于多特征融合的肽与MHC亲和力预测研究
- 批准号:62302277
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
基于胞内蛋白亲和力标记策略进行新型抗类风湿性关节炎的选择性OGG1小分子抑制剂的发现
- 批准号:82304698
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
DNA四面体限域辅助的高亲和力铅笔芯微电极用于早期癌症精准诊断研究
- 批准号:22304062
- 批准年份:2023
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
基于计算生物学技术小分子农兽药残留物驼源单域抗体虚拟筛选与亲和力成熟 -以内蒙古阿拉善双峰驼为例
- 批准号:32360190
- 批准年份:2023
- 资助金额:34 万元
- 项目类别:地区科学基金项目
相似海外基金
Strategies for next-generation flavivirus vaccine development
下一代黄病毒疫苗开发策略
- 批准号:
10751480 - 财政年份:2024
- 资助金额:
$ 3.08万 - 项目类别:
N6-methyladenosine (m6A) Interplays with RNA and DNA Damage to Regulate DNA Repair
N6-甲基腺苷 (m6A) 与 RNA 和 DNA 损伤相互作用以调节 DNA 修复
- 批准号:
10649063 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 3.08万 - 项目类别:
Development of a rapid screening test for the detection of dihydroanatoxin-a
开发检测二氢虾毒素-a 的快速筛选试验
- 批准号:
10545266 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 3.08万 - 项目类别:
Structure-based computational engineering of saCas9 PAM requirement
saCas9 PAM 要求的基于结构的计算工程
- 批准号:
10696610 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 3.08万 - 项目类别:
Growth plate-targeted IGF1 to treat Turner Syndrome
生长板靶向 IGF1 治疗特纳综合征
- 批准号:
10819340 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 3.08万 - 项目类别: