• 文献检索
  • 文档翻译
  • 深度研究
  • 学术资讯
  • Suppr Zotero 插件Zotero 插件
  • 邀请有礼
  • 套餐&价格
  • 历史记录
应用&插件
Suppr Zotero 插件Zotero 插件浏览器插件Mac 客户端Windows 客户端微信小程序
定价
高级版会员购买积分包购买API积分包
服务
文献检索文档翻译深度研究API 文档MCP 服务
关于我们
关于 Suppr公司介绍联系我们用户协议隐私条款
关注我们

Suppr 超能文献

核心技术专利:CN118964589B侵权必究
粤ICP备2023148730 号-1Suppr @ 2026

文献检索

告别复杂PubMed语法,用中文像聊天一样搜索,搜遍4000万医学文献。AI智能推荐,让科研检索更轻松。

立即免费搜索

文件翻译

保留排版,准确专业,支持PDF/Word/PPT等文件格式,支持 12+语言互译。

免费翻译文档

深度研究

AI帮你快速写综述,25分钟生成高质量综述,智能提取关键信息,辅助科研写作。

立即免费体验

探索和工程化具有多样化 PAM 的链球菌 Cas9,用于细菌中 PAM 靶向的双功能和可滴定基因控制。

Exploring and engineering PAM-diverse Streptococci Cas9 for PAM-directed bifunctional and titratable gene control in bacteria.

机构信息

School of Chemical, Materials and Biomedical Engineering, College of Engineering, The University of Georgia, Athens, GA, 30602, USA.

School of Electrical and Computer Engineering, College of Engineering, The University of Georgia, Athens, GA, 30602, USA.

出版信息

Metab Eng. 2023 Jan;75:68-77. doi: 10.1016/j.ymben.2022.10.005. Epub 2022 Oct 29.

DOI:10.1016/j.ymben.2022.10.005
PMID:36404524
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10947553/
Abstract

The RNA-guided Cas9s serve as powerful tools for programmable gene editing and regulation; their targeting scopes and efficacies, however, are always constrained by the PAM sequence stringency. Most Streptococci Cas9s, including the prototype SpCas9 from S. pyogenes, specifically recognize a canonical NGG PAM via a conserved RxR PAM-binding motif within the PAM-interaction (PI) domain. Here, SpCas9-based mining unveils three distinct and rarely presented PAM-binding motifs (QxxxR, QxQ and RxQ) among Streptococci Cas9 orthologs. With the catalytically-dead QxxxR-containing SedCas9 from S. equinus, we dissect its NAG PAM specificity and elucidate its underlying recognition mechanism via computational prediction and mutagenesis analysis. Replacing the SedCas9 PI domain with alternate PAM-binding motifs rewires its PAM specificity to NGG or NAA. Moreover, a semi-rational design with minimal mutation creates a SedCas9-NQ variant showing robust activity towards expanded NNG and NAA PAMs, based upon which we engineered a compact ω-SedCas9-NQ transcriptional regulator for PAM-directed bifunctional and titratable gene control. The ω-SedCas9-NQ mediated metabolic reprogramming of endogenous genes in Escherichia coli affords a 2.6-fold increase of 4-hydroxycoumarin production. This work reveals new Cas9 scaffolds with distinct PAM-binding motifs for PAM relaxation and creates a new PAM-diverse Cas9 variant for versatile gene control in bacteria.

摘要

RNA 指导的 Cas9 可作为可编程基因编辑和调控的强大工具;然而,它们的靶向范围和效率始终受到 PAM 序列严格性的限制。大多数链球菌 Cas9,包括来自酿脓链球菌的原型 SpCas9,通过 PAM 相互作用(PI)结构域内保守的 RxR PAM 结合基序特异性识别典型的 NGG PAM。在这里,基于 SpCas9 的挖掘揭示了链球菌 Cas9 同源物中存在三种不同且很少出现的 PAM 结合基序(QxxxR、QxQ 和 RxQ)。使用来自马肠球菌的具有催化活性的 QxxxR 包含的 SedCas9,我们通过计算预测和突变分析来剖析其 NAG PAM 特异性并阐明其潜在的识别机制。用替代 PAM 结合基序替换 SedCas9 PI 结构域会将其 PAM 特异性重新编程为 NGG 或 NAA。此外,通过最小突变进行的半理性设计创建了 SedCas9-NQ 变体,该变体对扩展的 NNG 和 NAA PAMs 具有强大的活性,在此基础上,我们设计了一个紧凑的 ω-SedCas9-NQ 转录调控因子,用于 PAM 指导的双功能和可滴定基因控制。ω-SedCas9-NQ 介导的大肠杆菌内源基因的代谢重编程可使 4-羟基香豆素的产量增加 2.6 倍。这项工作揭示了具有不同 PAM 结合基序的新型 Cas9 支架,用于 PAM 松弛,并创建了一种新的 PAM 多样化 Cas9 变体,用于细菌中的多功能基因控制。

相似文献

1
Exploring and engineering PAM-diverse Streptococci Cas9 for PAM-directed bifunctional and titratable gene control in bacteria.探索和工程化具有多样化 PAM 的链球菌 Cas9,用于细菌中 PAM 靶向的双功能和可滴定基因控制。
Metab Eng. 2023 Jan;75:68-77. doi: 10.1016/j.ymben.2022.10.005. Epub 2022 Oct 29.
2
Engineering a Cas9 Ortholog with an RxQ PAM-Binding Motif for PAM-Free Gene Control in Bacteria.工程化具有 RxQ PAM 结合基序的 Cas9 同源物,用于细菌中无 PAM 基因控制。
ACS Synth Biol. 2023 Sep 15;12(9):2764-2772. doi: 10.1021/acssynbio.3c00366. Epub 2023 Aug 29.
3
Molecular basis for the PAM expansion and fidelity enhancement of an evolved Cas9 nuclease.进化的 Cas9 核酸酶的 PAM 扩展和保真度增强的分子基础。
PLoS Biol. 2019 Oct 11;17(10):e3000496. doi: 10.1371/journal.pbio.3000496. eCollection 2019 Oct.
4
Developing Heritable Mutations in Arabidopsis thaliana Using a Modified CRISPR/Cas9 Toolkit Comprising PAM-Altered Cas9 Variants and gRNAs.使用包含 PAM 改变的 Cas9 变体和 gRNA 的改良 CRISPR/Cas9 工具包在拟南芥中开发可遗传突变。
Plant Cell Physiol. 2019 Oct 1;60(10):2255-2262. doi: 10.1093/pcp/pcz118.
5
Molecular Mechanism of D1135E-Induced Discriminated CRISPR-Cas9 PAM Recognition.D1135E 诱导的区分性 CRISPR-Cas9 PAM 识别的分子机制。
J Chem Inf Model. 2022 Jun 27;62(12):3057-3066. doi: 10.1021/acs.jcim.1c01562. Epub 2022 Jun 6.
6
Engineered dual selection for directed evolution of SpCas9 PAM specificity.工程化双重选择用于定向进化 SpCas9 PAM 特异性。
Nat Commun. 2021 Jan 13;12(1):349. doi: 10.1038/s41467-020-20650-x.
7
Engineering a PAM-flexible SpdCas9 variant as a universal gene repressor.工程化 PAM 柔性 SpdCas9 变体作为通用基因抑制剂。
Nat Commun. 2021 Nov 25;12(1):6916. doi: 10.1038/s41467-021-27290-9.
8
Engineered CRISPR-Cas9 nucleases with altered PAM specificities.具有改变的PAM特异性的工程化CRISPR-Cas9核酸酶。
Nature. 2015 Jul 23;523(7561):481-5. doi: 10.1038/nature14592. Epub 2015 Jun 22.
9
Evolved Cas9 variants with broad PAM compatibility and high DNA specificity.进化的 Cas9 变体具有广泛的 PAM 兼容性和高 DNA 特异性。
Nature. 2018 Apr 5;556(7699):57-63. doi: 10.1038/nature26155. Epub 2018 Feb 28.
10
Expanding the scope of CRISPR/Cas9-mediated genome editing in plants using an xCas9 and Cas9-NG hybrid.利用 xCas9 和 Cas9-NG 杂合体扩展 CRISPR/Cas9 介导的植物基因组编辑范围。
J Integr Plant Biol. 2020 Apr;62(4):398-402. doi: 10.1111/jipb.12886. Epub 2020 Jan 9.

引用本文的文献

1
Off-target interactions in the CRISPR-Cas9 Machinery: mechanisms and outcomes.CRISPR-Cas9机制中的脱靶相互作用:机制与结果
Biochem Biophys Rep. 2025 Jul 5;43:102134. doi: 10.1016/j.bbrep.2025.102134. eCollection 2025 Sep.
2
Utilizing Target Sequences with Multiple Flanking Protospacer Adjacent Motif (PAM) Sites Reduces Off-Target Effects of the Cas9 Enzyme in Pineapple.利用具有多个侧翼原间隔相邻基序(PAM)位点的靶序列可降低菠萝中Cas9酶的脱靶效应。
Genes (Basel). 2025 Feb 13;16(2):217. doi: 10.3390/genes16020217.
3
Current Updates of CRISPR/Cas System and Anti-CRISPR Proteins: Innovative Applications to Improve the Genome Editing Strategies.

本文引用的文献

1
CRISPRi-seq for genome-wide fitness quantification in bacteria.CRISPRi-seq 用于细菌全基因组适应性定量分析。
Nat Protoc. 2022 Feb;17(2):252-281. doi: 10.1038/s41596-021-00639-6. Epub 2022 Jan 7.
2
Engineering a PAM-flexible SpdCas9 variant as a universal gene repressor.工程化 PAM 柔性 SpdCas9 变体作为通用基因抑制剂。
Nat Commun. 2021 Nov 25;12(1):6916. doi: 10.1038/s41467-021-27290-9.
3
Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold.利用 AlphaFold 进行高精度蛋白质结构预测。
CRISPR/Cas 系统和抗 CRISPR 蛋白的最新进展:创新应用以改善基因组编辑策略。
Int J Nanomedicine. 2024 Oct 9;19:10185-10212. doi: 10.2147/IJN.S479068. eCollection 2024.
4
Investigating and Engineering an 1,2-Propanediol-Responsive Transcription Factor-Based Biosensor.研究与工程一种 1,2-丙二醇响应型转录因子生物传感器。
ACS Synth Biol. 2024 Jul 19;13(7):2177-2187. doi: 10.1021/acssynbio.4c00237. Epub 2024 Jul 5.
5
Engineering a Cas9 Ortholog with an RxQ PAM-Binding Motif for PAM-Free Gene Control in Bacteria.工程化具有 RxQ PAM 结合基序的 Cas9 同源物,用于细菌中无 PAM 基因控制。
ACS Synth Biol. 2023 Sep 15;12(9):2764-2772. doi: 10.1021/acssynbio.3c00366. Epub 2023 Aug 29.
6
The expanded CRISPR toolbox for constructing microbial cell factories.用于构建微生物细胞工厂的扩展 CRISPR 工具包。
Trends Biotechnol. 2024 Jan;42(1):104-118. doi: 10.1016/j.tibtech.2023.06.012. Epub 2023 Jul 26.
Nature. 2021 Aug;596(7873):583-589. doi: 10.1038/s41586-021-03819-2. Epub 2021 Jul 15.
4
CRISPR-Act3.0 for highly efficient multiplexed gene activation in plants.CRISPR-Act3.0 系统可高效激活植物中的多重基因。
Nat Plants. 2021 Jul;7(7):942-953. doi: 10.1038/s41477-021-00953-7. Epub 2021 Jun 24.
5
Guide-target mismatch effects on dCas9-sgRNA binding activity in living bacterial cells.向导-靶标失配效应对活细菌细胞中 dCas9-sgRNA 结合活性的影响。
Nucleic Acids Res. 2021 Feb 22;49(3):1263-1277. doi: 10.1093/nar/gkaa1295.
6
A catalogue of biochemically diverse CRISPR-Cas9 orthologs.CRISPR-Cas9 同源蛋白的生物化学多样性目录。
Nat Commun. 2020 Nov 2;11(1):5512. doi: 10.1038/s41467-020-19344-1.
7
Genome editing with CRISPR-Cas nucleases, base editors, transposases and prime editors.利用 CRISPR-Cas 核酸酶、碱基编辑器、转座酶和 Prime 编辑器进行基因组编辑。
Nat Biotechnol. 2020 Jul;38(7):824-844. doi: 10.1038/s41587-020-0561-9. Epub 2020 Jun 22.
8
Multistable and dynamic CRISPRi-based synthetic circuits.基于多稳态和动态 CRISPRi 的合成电路。
Nat Commun. 2020 Jun 2;11(1):2746. doi: 10.1038/s41467-020-16574-1.
9
A Cas9 with PAM recognition for adenine dinucleotides.一种识别腺嘌呤二核苷酸的 Cas9 酶。
Nat Commun. 2020 May 18;11(1):2474. doi: 10.1038/s41467-020-16117-8.
10
An engineered ScCas9 with broad PAM range and high specificity and activity.一种具有广泛 PAM 范围、高特异性和高活性的工程化 ScCas9。
Nat Biotechnol. 2020 Oct;38(10):1154-1158. doi: 10.1038/s41587-020-0517-0. Epub 2020 May 11.