来自巨型噬菌体的 CRISPR-CasΦ 是一种超紧凑型基因组编辑工具。
CRISPR-CasΦ from huge phages is a hypercompact genome editor.
机构信息
Innovative Genomics Institute, University of California, Berkeley, Berkeley, CA, USA.
Department of Molecular and Cell Biology, University of California, Berkeley, Berkeley, CA, USA.
出版信息
Science. 2020 Jul 17;369(6501):333-337. doi: 10.1126/science.abb1400.
Abstract
CRISPR-Cas systems are found widely in prokaryotes, where they provide adaptive immunity against virus infection and plasmid transformation. We describe a minimal functional CRISPR-Cas system, comprising a single ~70-kilodalton protein, CasΦ, and a CRISPR array, encoded exclusively in the genomes of huge bacteriophages. CasΦ uses a single active site for both CRISPR RNA (crRNA) processing and crRNA-guided DNA cutting to target foreign nucleic acids. This hypercompact system is active in vitro and in human and plant cells with expanded target recognition capabilities relative to other CRISPR-Cas proteins. Useful for genome editing and DNA detection but with a molecular weight half that of Cas9 and Cas12a genome-editing enzymes, CasΦ offers advantages for cellular delivery that expand the genome editing toolbox.
摘要
CRISPR-Cas 系统广泛存在于原核生物中，它们为病毒感染和质粒转化提供了适应性免疫。我们描述了一个最小的功能性 CRISPR-Cas 系统，该系统由一个单一的约 70 千道尔顿的蛋白质 CasΦ和一个仅在巨大噬菌体基因组中编码的 CRISPR 阵列组成。CasΦ 使用单个活性位点进行 CRISPR RNA（crRNA）加工和 crRNA 引导的 DNA 切割，以靶向外来核酸。与其他 CRISPR-Cas 蛋白相比，这种超紧凑的系统在体外以及在人和植物细胞中具有扩展的靶标识别能力。CasΦ 可用于基因组编辑和 DNA 检测，但分子量是 Cas9 和 Cas12a 基因组编辑酶的一半，它在细胞递送上具有优势，扩展了基因组编辑工具包。
相似文献
1
CRISPR-CasΦ from huge phages is a hypercompact genome editor.来自巨型噬菌体的 CRISPR-CasΦ 是一种超紧凑型基因组编辑工具。
Science. 2020 Jul 17;369(6501):333-337. doi: 10.1126/science.abb1400.
2
DNA interference states of the hypercompact CRISPR-CasΦ effector.超紧凑型 CRISPR-CasΦ效应物的 DNA 干扰状态。
Nat Struct Mol Biol. 2021 Aug;28(8):652-661. doi: 10.1038/s41594-021-00632-3. Epub 2021 Aug 11.
3
Genome editing in plants using the compact editor CasΦ.利用紧凑型编辑器 CasΦ 进行植物基因组编辑。
Proc Natl Acad Sci U S A. 2023 Jan 24;120(4):e2216822120. doi: 10.1073/pnas.2216822120. Epub 2023 Jan 18.
4
Hypercompact CRISPR-Cas12j2 (CasΦ) enables genome editing, gene activation, and epigenome editing in plants.超紧凑型CRISPR-Cas12j2（CasΦ）可实现植物中的基因组编辑、基因激活和表观基因组编辑。
Plant Commun. 2022 Nov 14;3(6):100453. doi: 10.1016/j.xplc.2022.100453. Epub 2022 Sep 20.
5
[CRISPR/Cas systems in genome engineering of bacteriophages].[噬菌体基因组工程中的CRISPR/Cas系统]
Yi Chuan. 2018 May 20;40(5):378-389. doi: 10.16288/j.yczz.17-419.
6
Single transcript unit CRISPR 2.0 systems for robust Cas9 and Cas12a mediated plant genome editing.单转录单位 CRISPR 2.0 系统可用于稳健的 Cas9 和 Cas12a 介导的植物基因组编辑。
Plant Biotechnol J. 2019 Jul;17(7):1431-1445. doi: 10.1111/pbi.13068. Epub 2019 Jan 17.
7
Diverse virus-encoded CRISPR-Cas systems include streamlined genome editors.多样化的病毒编码 CRISPR-Cas 系统包括精简的基因组编辑工具。
Cell. 2022 Nov 23;185(24):4574-4586.e16. doi: 10.1016/j.cell.2022.10.020.
8
CRISPR-Cas12a: Functional overview and applications.CRISPR-Cas12a：功能概述与应用
Biomed J. 2020 Feb;43(1):8-17. doi: 10.1016/j.bj.2019.10.005. Epub 2020 Feb 5.
9
CRISPR/Cas12a Multiplex Genome Editing of Saccharomyces cerevisiae and the Creation of Yeast Pixel Art.酿酒酵母的CRISPR/Cas12a多重基因组编辑与酵母像素艺术的创建。
J Vis Exp. 2019 May 28(147). doi: 10.3791/59350.
10
Potent Cas9 Inhibition in Bacterial and Human Cells by AcrIIC4 and AcrIIC5 Anti-CRISPR Proteins.AcrIIC4 和 AcrIIC5 抗 CRISPR 蛋白在细菌和人类细胞中对 Cas9 的强效抑制作用。
mBio. 2018 Dec 4;9(6):e02321-18. doi: 10.1128/mBio.02321-18.
引用本文的文献
1
A prevalent huge phage clade in human and animal gut microbiomes.在人类和动物肠道微生物群中普遍存在的一个巨大噬菌体分支。
Res Sq. 2025 Aug 19:rs.3.rs-7356405. doi: 10.21203/rs.3.rs-7356405/v1.
2
TIGR-Tas and the Expanding Universe of RNA-Guided Genome Editing Systems: A New Era Beyond CRISPR-Cas.TIGR-Tas与RNA引导的基因组编辑系统的扩展宇宙：超越CRISPR-Cas的新时代。
Genes (Basel). 2025 Jul 28;16(8):896. doi: 10.3390/genes16080896.
3
Discovery of CRISPR-Cas12a clades using a large language model.使用大语言模型发现CRISPR-Cas12a进化枝
Nat Commun. 2025 Aug 23;16(1):7877. doi: 10.1038/s41467-025-63160-4.
4
A prevalent huge phage clade in human and animal gut microbiomes.人类和动物肠道微生物群中普遍存在的一个巨大噬菌体分支。
bioRxiv. 2025 Aug 11:2025.08.10.669567. doi: 10.1101/2025.08.10.669567.
5
Synergistic Regulation of Pigment Cell Precursors' Differentiation and Migration by and in Nile Tilapia.罗非鱼中[具体物质]对色素细胞前体分化和迁移的协同调控
Cells. 2025 Aug 6;14(15):1213. doi: 10.3390/cells14151213.
6
CRISPR/Cas-Based Ex Vivo Gene Therapy and Lysosomal Storage Disorders: A Perspective Beyond Cas9.基于CRISPR/Cas的体外基因治疗与溶酶体贮积症：超越Cas9的视角
Cells. 2025 Jul 25;14(15):1147. doi: 10.3390/cells14151147.
7
Trends and challenges of AAV-delivered gene editing therapeutics for CNS disorders: Implications for neurodegenerative disease.用于中枢神经系统疾病的腺相关病毒介导的基因编辑疗法的趋势与挑战：对神经退行性疾病的启示
Mol Ther Nucleic Acids. 2025 Jul 17;36(3):102635. doi: 10.1016/j.omtn.2025.102635. eCollection 2025 Sep 9.
8
Viromics approaches for the study of viral diversity and ecology in microbiomes.用于研究微生物群落中病毒多样性和生态的病毒组学方法。
Nat Rev Genet. 2025 Jul 21. doi: 10.1038/s41576-025-00871-w.
9
Emerging trends in transgene-free crop development: insights into genome editing and its regulatory overview.无转基因作物开发的新趋势：对基因组编辑及其监管概述的见解
Plant Mol Biol. 2025 Jul 9;115(4):84. doi: 10.1007/s11103-025-01600-x.
10
Mechanisms and engineering of a miniature type V-N CRISPR-Cas12 effector enzyme.微型V型-N型CRISPR-Cas12效应酶的作用机制与工程学
Nat Commun. 2025 Jul 1;16(1):5667. doi: 10.1038/s41467-025-61290-3.
本文引用的文献
1
CRISPR-Cas12a exploits R-loop asymmetry to form double-strand breaks.CRISPR-Cas12a 通过利用 R 环不对称性形成双链断裂。
Elife. 2020 Jun 10;9:e55143. doi: 10.7554/eLife.55143.
2
Clades of huge phages from across Earth's ecosystems.来自地球生态系统的巨型噬菌体的进化枝。
Nature. 2020 Feb;578(7795):425-431. doi: 10.1038/s41586-020-2007-4. Epub 2020 Feb 12.
3
Evolutionary classification of CRISPR-Cas systems: a burst of class 2 and derived variants.CRISPR-Cas 系统的进化分类：Class 2 及其衍生变体的爆发。
Nat Rev Microbiol. 2020 Feb;18(2):67-83. doi: 10.1038/s41579-019-0299-x. Epub 2019 Dec 19.
4
Broad-spectrum enzymatic inhibition of CRISPR-Cas12a.广谱酶抑制 CRISPR-Cas12a。
Nat Struct Mol Biol. 2019 Apr;26(4):315-321. doi: 10.1038/s41594-019-0208-z. Epub 2019 Apr 1.
5
CasX enzymes comprise a distinct family of RNA-guided genome editors.CasX 酶构成了一个独特的 RNA 引导的基因组编辑酶家族。
Nature. 2019 Feb;566(7743):218-223. doi: 10.1038/s41586-019-0908-x. Epub 2019 Feb 4.
6
Mechanistic Insights into the cis- and trans-Acting DNase Activities of Cas12a.Cas12a 的顺式和反式作用 DNase 活性的机制见解。
Mol Cell. 2019 Feb 7;73(3):589-600.e4. doi: 10.1016/j.molcel.2018.11.021. Epub 2019 Jan 10.
7
Functionally diverse type V CRISPR-Cas systems.功能多样的 V 型 CRISPR-Cas 系统。
Science. 2019 Jan 4;363(6422):88-91. doi: 10.1126/science.aav7271. Epub 2018 Dec 6.
8
Programmed DNA destruction by miniature CRISPR-Cas14 enzymes.通过微型 CRISPR-Cas14 酶实现程序化 DNA 破坏。
Science. 2018 Nov 16;362(6416):839-842. doi: 10.1126/science.aav4294. Epub 2018 Oct 18.
9
Molecular mechanisms of CRISPR-Cas spacer acquisition.CRISPR-Cas 间隔区获取的分子机制。
Nat Rev Microbiol. 2019 Jan;17(1):7-12. doi: 10.1038/s41579-018-0071-7.
10
CRISPR-Cas guides the future of genetic engineering.CRISPR-Cas 引领基因编辑的未来。
Science. 2018 Aug 31;361(6405):866-869. doi: 10.1126/science.aat5011.
Zotero 插件