Kinetic Basis for DNA Target Specificity of CRISPR-Cas12a

生物 核酸酶 Cas9 DNA 清脆的 基因组编辑 计算生物学 劈理(地质) 基因组 DNA测序 遗传学 分子生物学 细胞生物学 基因 断裂(地质) 古生物学
作者
Isabel Strohkendl,Fatema A. Saifuddin,James R. Rybarski,Ilya J. Finkelstein,Rick Russell
出处
期刊:Molecular Cell [Elsevier]
卷期号:71 (5): 816-824.e3 被引量:235
标识
DOI:10.1016/j.molcel.2018.06.043
摘要

Class 2 CRISPR-Cas nucleases are programmable genome editing tools with promising applications in human health and disease. However, DNA cleavage at off-target sites that resemble the target sequence is a pervasive problem that remains poorly understood mechanistically. Here, we use quantitative kinetics to dissect the reaction steps of DNA targeting by Acidaminococcus sp Cas12a (also known as Cpf1). We show that Cas12a binds DNA tightly in two kinetically separable steps. Protospacer-adjacent motif (PAM) recognition is followed by rate-limiting R-loop propagation, leading to inevitable DNA cleavage of both strands. Despite functionally irreversible binding, Cas12a discriminates strongly against mismatches along most of the DNA target sequence. This result implies substantial reversibility during R-loop formation-a late transition state-and defies common descriptions of a "seed" region. Our results provide a quantitative basis for the DNA cleavage patterns measured in vivo and observations of greater reported target specificity for Cas12a than for the Cas9 nuclease.
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