Detection and Discrimination of Single Nucleotide Polymorphisms by Quantification of CRISPR-Cas Catalytic Efficiency

单核苷酸多态性 酶动力学 SNP公司 化学 点突变 动力学 分子生物学 核苷酸 基因 遗传学 突变体 基因型 生物 生物化学 活动站点 物理 量子力学
作者
Charles Blanluet,Diego A. Huyke,Ashwin Ramachandran,Alexandre S. Avaro,Juan G. Santiago
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:94 (43): 15117-15123 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.2c03338
摘要

The specificity of CRISPR-Cas12 assays is attractive for the detection of single nucleotide polymorphisms (SNPs) implicated in, e.g., cancer and SARS-CoV-2 variants. Such assays often employ endpoint measurements of SNP or wild type (WT) activated Cas12 trans-cleavage activity; however, the fundamental kinetic effects of SNP versus WT activation remain unknown. We here show that endpoint-based assays are limited by arbitrary experimental choices (like used reporter concentration and assay duration) and work best for known target concentrations. More importantly, we show that SNP (versus WT) activation results in measurable kinetic shifts in the Cas12 trans-cleavage substrate affinity (KM) and apparent catalytic efficiency (kcat*/KM). To address endpoint-based assay limitations, we then develop an assay based on the quantification of Michaelis–Menten parameters and apply this assay to a 20 base pair WT target of the SARS-CoV-2 E gene. We find that the kcat*/KM measured for WT is 130-fold greater than the lowest kcat*/KM among all 60 measured SNPs (compared to a 4.8-fold for endpoint fluorescence of the same SNP). KM also offers a strong ability to distinguish SNPs, varies 27-fold over all the cases, and, importantly, is insensitive to the target concentration. Last, we point out trends among kinetic rates and SNP base and location within the CRISPR-Cas12 targeted region.
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