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靶DNA切割原理及Mg2+在CRISPR-Cas9催化中的作用
Nature Catalysis ( IF 42.8 ) Pub Date : 2022-10-06 , DOI: 10.1038/s41929-022-00848-6 Łukasz Nierzwicki 1 , Kyle W East 2 , Jonas M Binz 3 , Rohaine V Hsu 1 , Mohd Ahsan 1 , Pablo R Arantes 1 , Erin Skeens 2 , Martin Pacesa 3 , Martin Jinek 3 , George P Lisi 2 , Giulia Palermo 1, 4
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作为 CRISPR-Cas9 基因组编辑技术的核心,核酸内切酶 Cas9 在 DNA 中引入了位点特异性断裂。然而,改善 Cas9 功能的精确机制信息仍然缺失。在此,将多微秒分子动力学、自由能和多尺度模拟与溶液核磁共振和DNA切割实验相结合,以解决目标DNA切割的催化机制。我们表明,活性 HNH 核酸酶的构象紧密依赖于催化 Mg 2+ ,揭示了其主要结构作用。这种活化的 Mg 2+结合的 HNH 通过分子模拟、核磁共振 (NMR) 和 DNA 裂解测定得到了一致的描述,还揭示了催化 H840 的质子化状态受到活性位点突变的强烈影响。最后,从头算量子力学(密度泛函理论)/分子力学模拟和元动力学建立了催化机制,表明催化作用由H840激活并由K866完成,从而使DNA切割实验合理化。这些信息对于增强 CRISPR-Cas9 的酶功能以改善基因组编辑至关重要。
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