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追踪 RNA 重编程使具有不同 DNA 靶向 Cas12 核酸酶的 RNA 能够直接进行 PAM 非依赖检测。

TracrRNA reprogramming enables direct PAM-independent detection of RNA with diverse DNA-targeting Cas12 nucleases.

机构信息

Helmholtz Institute for RNA-based Infection Research (HIRI), Helmholtz-Centre for Infection Research (HZI), Würzburg, Germany.

Medical Faculty, University of Würzburg, Würzburg, Germany.

出版信息

Nat Commun. 2024 Jul 13;15(1):5909. doi: 10.1038/s41467-024-50243-x.

Abstract

Many CRISPR-Cas immune systems generate guide (g)RNAs using trans-activating CRISPR RNAs (tracrRNAs). Recent work revealed that Cas9 tracrRNAs could be reprogrammed to convert any RNA-of-interest into a gRNA, linking the RNA's presence to Cas9-mediated cleavage of double-stranded (ds)DNA. Here, we reprogram tracrRNAs from diverse Cas12 nucleases, linking the presence of an RNA-of-interest to dsDNA cleavage and subsequent collateral single-stranded DNA cleavage-all without the RNA necessarily encoding a protospacer-adjacent motif (PAM). After elucidating nuclease-specific design rules, we demonstrate PAM-independent RNA detection with Cas12b, Cas12e, and Cas12f nucleases. Furthermore, rationally truncating the dsDNA target boosts collateral cleavage activity, while the absence of a gRNA reduces background collateral activity and enhances sensitivity. Finally, we apply this platform to detect 16 S rRNA sequences from five different bacterial pathogens using a universal reprogrammed tracrRNA. These findings extend tracrRNA reprogramming to diverse dsDNA-targeting Cas12 nucleases, expanding the flexibility and versatility of CRISPR-based RNA detection.

摘要

许多 CRISPR-Cas 免疫系统使用反式激活 CRISPR RNA(tracrRNA)生成指导(g)RNA。最近的工作表明,Cas9 tracrRNA 可以被重新编程,将任何感兴趣的 RNA 转化为 gRNA,将 RNA 的存在与 Cas9 介导的双链 (ds)DNA 切割联系起来。在这里,我们重新编程来自不同 Cas12 核酸酶的 tracrRNA,将感兴趣的 RNA 的存在与 dsDNA 切割和随后的旁链单链 DNA 切割联系起来——所有这些都不需要 RNA 必然编码一个间隔邻近基序 (PAM)。在阐明了核酸酶特异性设计规则之后,我们用 Cas12b、Cas12e 和 Cas12f 核酸酶证明了不依赖 PAM 的 RNA 检测。此外,合理截断 dsDNA 靶标可增强旁链切割活性,而 gRNA 的缺失可降低背景旁链活性并提高灵敏度。最后,我们使用通用重编程 tracrRNA 来检测来自五种不同细菌病原体的 16S rRNA 序列。这些发现将 tracrRNA 重新编程扩展到了不同的靶向 dsDNA 的 Cas12 核酸酶,扩展了基于 CRISPR 的 RNA 检测的灵活性和多功能性。

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