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具有改进抑制效力的抗 CRISPR 蛋白的计算设计。

Computational design of anti-CRISPR proteins with improved inhibition potency.

机构信息

Synthetic Biology Group, BioQuant Center, University of Heidelberg, Heidelberg, Germany.

Digital Health Center, Berlin Institute of Health (BIH) and Charité, Berlin, Germany.

出版信息

Nat Chem Biol. 2020 Jul;16(7):725-730. doi: 10.1038/s41589-020-0518-9. Epub 2020 Apr 13.

DOI:10.1038/s41589-020-0518-9
PMID:32284602
Abstract

Anti-CRISPR (Acr) proteins are powerful tools to control CRISPR-Cas technologies. However, the available Acr repertoire is limited to naturally occurring variants. Here, we applied structure-based design on AcrIIC1, a broad-spectrum CRISPR-Cas9 inhibitor, to improve its efficacy on different targets. We first show that inserting exogenous protein domains into a selected AcrIIC1 surface site dramatically enhances inhibition of Neisseria meningitidis (Nme)Cas9. Then, applying structure-guided design to the Cas9-binding surface, we converted AcrIIC1 into AcrIIC1X, a potent inhibitor of the Staphylococcus aureus (Sau)Cas9, an orthologue widely applied for in vivo genome editing. Finally, to demonstrate the utility of AcrIIC1X for genome engineering applications, we implemented a hepatocyte-specific SauCas9 ON-switch by placing AcrIIC1X expression under regulation of microRNA-122. Our work introduces designer Acrs as important biotechnological tools and provides an innovative strategy to safeguard CRISPR technologies.

摘要

抗 CRISPR (Acr) 蛋白是控制 CRISPR-Cas 技术的有力工具。然而,现有的 Acr 库仅限于天然存在的变体。在这里,我们对广谱 CRISPR-Cas9 抑制剂 AcrIIC1 进行了基于结构的设计,以提高其对不同靶标的效果。我们首先表明,将外源蛋白结构域插入到选定的 AcrIIC1 表面位点可极大地增强对脑膜炎奈瑟菌(Nme)Cas9 的抑制作用。然后,我们应用结构导向设计到 Cas9 结合表面,将 AcrIIC1 转化为 AcrIIC1X,这是一种有效的金黄色葡萄球菌(Sau)Cas9 抑制剂,它是一种广泛应用于体内基因组编辑的同源物。最后,为了证明 AcrIIC1X 在基因组工程应用中的实用性,我们通过将 AcrIIC1X 的表达置于 microRNA-122 的调控下,实现了肝细胞特异性 SauCas9 开启开关。我们的工作介绍了设计 Acr 作为重要的生物技术工具,并提供了一种创新策略来保护 CRISPR 技术。

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