CRISPR/Cas12a Corona Nanomachine for Detecting Circulating Tumor Nucleic Acids in Serum

反式激活crRNA 清脆的 化学 核酸 DNA 核糖核酸 核糖核酸酶P 锁核酸 分子信标 核酸酶 分子生物学 寡核苷酸 生物物理学 计算生物学 Cas9 生物化学 生物 基因
作者
Aijiao Yuan,T. R. Sun,Leyuan Chen,Dapeng Zhang,Wenjing Xie,Hanyong Peng
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.4c04993
摘要

Circulating tumor nucleic acids (CTNAs), which consist of cell-free DNA or RNA released from tumor cells, are utilized as potential biomarkers for diagnosing and managing tumor prognosis. There is a significant demand for developing a highly sensitive and reliable assay for CTNAs detection. In this study, we engineered a CRISPR/Cas12a corona nanomachine capable of detecting circulating tumor DNA and RNA in serum. This nanomachine consists of a protein shell incorporating Cas12a/crRNA ribonucleoprotein complexes and a scaffold AuNP core decorated with substrate ssDNA strands. The protective CRISPR corona shields the nucleic acid core from degradation by nuclease DNase/RNase, thereby enhancing the stability of the CRISPR/Cas12a corona nanomachine in biological fluids, even tolerating up to undiluted human serum and FBS. Upon encountering target CTNAs, the CRISPR/Cas12a is activated through the sequence-specific hybridization between crRNA and CTNAs. Subsequently, the activated CRISPR/Cas12a autonomously cleaves the collateral ssDNA substrates on AuNPs, releasing the fluorophore-labeled fragment and generating an increasing fluorescent signal. The CRISPR corona nanomachine was successfully employed to detect various CTNAs, including circulating tumor (ct)DNA/RNA (EGFR L858R) and microRNA-21, achieving a limit of detection of 0.14 pM for ctDNA and 1.0 pM for RNA. This CRISPR corona nanomachine enables simultaneous detection of both DNA and RNA in complex biological samples, offering a promising tool for early diagnosis.
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