TOLO智库 | 通过2'-OMe化学修饰crRNA来提升Cas12a区分SNP的能力!

学术   2024-07-12 16:10   上海  
今天来学习一篇来自上海交通大学丁显廷教授团队的工作,是对CRISPR RNA进行2'-O-methyl甲基化修饰,可以提高Cas12a的特异性和区分SNP的能力。

01
研究内容


作者首先介绍了3种RNA的修饰方式,包括在crRNA的5'端,中间和3'端;并且利用了Cas12a反式切割活性来研究Cas12a on-target和off-target的情况。其中crRNA靶向的是用HBV-B序列,而测试脱靶实验则使用了HBV-C序列,这里的-B和-C序列有两个碱基差异。

接着,作者又测试了不同修饰的吉布斯自由能的变化,最后发现5'-和3'-修饰的crRNA都能提升Cas12a对靶标序列的亲和力,而只有在3'-端进行2'-OMe修饰的crRNA才能显著抑制Cas12a对non-target序列的亲和力(即特异性高)。

在上述发现的基础上,作者进一步测试了Cas12a在不同修饰crRNA引导下区分SNP的能力差异,其中包括target-11th和target-19th两个靶标,分别代表SNP位于第11和19两个位置。作者发现,所有位置修饰的crRNA都能提升Cas12a的特异性,但是只有中间和3'-端修饰的crRNA提升的效果最好(上图D的target-11是3'端修饰的效果最好,而-19th则是m修饰的效果最好)。

此外,作者还用修饰的crRNA体系来检测SARS-CoV-2序列,并用来区分不同的突变株,最后发现实验结果与之前的一致,即3'端修饰的crRNA能够带来更特异的区分效果,可以有效区分D614G突变株。

最后,作者通过MD手段研究了3'端修饰crRNA提升Cas12a特异性的分子机制或其降低Cas12a结合非靶标序列的机制,从而预示这种修饰从理论到实践的可行性。
02
点评


这篇工作中作者通过研究crRNA的修饰,找到了一种提升Cas12a识别靶标序列的修饰方法,从而为CRISPR诊断的研究提供了宝贵的知识储备。之前应该还有不少工作是做CRISPR RNA的修饰研究的,不仅包括CRISPR诊断,也包括CRISPR基因编辑相关。感觉上,CRISPR诊断和编辑,在crRNA的研究上,很多时候都是相通的。因此,这篇工作中发现的修饰是否可以应用于Cas12a的基因编辑研究?

1. 这篇工作中发现的2'-O-methyl甲基化修饰值得关注。当然,一方面,除了这里发现的3'端3个碱基的修饰外,是否还存在着别的位置和数量的修饰组合,可以让效果更好?另一方面,除了2'-OMe之外,是否还有别的修饰方式(类似的,或者不同的)也可以起到类似或者更好的效果?
2. 早在2017年,Dharmacon公司的Smith团队就发现了2'-OMe修饰能够提高Cas9-sgRNA的稳定性(应该主要是体内)和基因编辑的效率。所以很多公司,包括IDT在做gRNA合成的时候都会用到这种修饰加上PS修饰。不知道2'-OMe和PS修饰在体外,包括CRISPR-Dx体系中,能否提升gRNA的稳定性。

3. 除了这篇工作中的修饰可以提升Cas12a的特异性外,之前我们也学习过一些工作,也可以提升特异性。是否可以把这些工作组合起来,进一步提升效果?





参考文献:

[1] Ke Y, Ghalandari B, Huang S, Li S, Huang C, Zhi X, Cui D, Ding X. 2'-O-Methyl modified guide RNA promotes the single nucleotide polymorphism (SNP) discrimination ability of CRISPR-Cas12a systems. Chem Sci. 2022 Feb 1;13(7):2050-2061. doi: 10.1039/d1sc06832f. PMID: 35308857; PMCID: PMC8848812.

[2] Basila M, Kelley ML, Smith AVB. Minimal 2'-O-methyl phosphorothioate linkage modification pattern of synthetic guide RNAs for increased stability and efficient CRISPR-Cas9 gene editing avoiding cellular toxicity. PLoS One. 2017 Nov 27;12(11):e0188593. doi: 10.1371/journal.pone.0188593. PMID: 29176845; PMCID: PMC5703482.

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吐露港生物科技致力于提供基于CRISPR诊断技术的生命科学整体解决方案!公司首次鉴定Cas12蛋白具备高效的ssDNA反式切割活性,并自主研发了名为HOLMES的CRISPR诊断系统。公司目前正联合行业伙伴积极推动CRISPR诊断的产业化!
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