Profiling of engineering hotspots identifies an allosteric CRISPR-Cas9 switch

清脆的 Cas9 计算生物学 生物 插入突变 基因组工程 基因组编辑 突变 细胞生物学 遗传学 基因 基因组 突变体
作者
Benjamin L. Oakes,Dana C. Nadler,Avi I. Flamholz,Christof Fellmann,Brett T. Staahl,Jennifer A. Doudna,David F. Savage
出处
期刊:Nature Biotechnology [Springer Nature]
卷期号:34 (6): 646-651 被引量:195
标识
DOI:10.1038/nbt.3528
摘要

A small-molecule-inducible Cas9 variant with very low background activity is identified by screening for sites that can tolerate domain insertions. The clustered, regularly interspaced, short palindromic repeats (CRISPR)-associated protein Cas9 from Streptococcus pyogenes is an RNA-guided DNA endonuclease with widespread utility for genome modification. However, the structural constraints limiting the engineering of Cas9 have not been determined. Here we experimentally profile Cas9 using randomized insertional mutagenesis and delineate hotspots in the structure capable of tolerating insertions of a PDZ domain without disruption of the enzyme's binding and cleavage functions. Orthogonal domains or combinations of domains can be inserted into the identified sites with minimal functional consequence. To illustrate the utility of the identified sites, we construct an allosterically regulated Cas9 by insertion of the estrogen receptor-α ligand-binding domain. This protein showed robust, ligand-dependent activation in prokaryotic and eukaryotic cells, establishing a versatile one-component system for inducible and reversible Cas9 activation. Thus, domain insertion profiling facilitates the rapid generation of new Cas9 functionalities and provides useful data for future engineering of Cas9.
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