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An engineered Cas12i nuclease that is an efficient genome editing tool in animals and plants
The Innovation ( IF 33.2 ) Pub Date : 2024-01-08 , DOI: 10.1016/j.xinn.2024.100564 Zhiqiang Duan 1, 2 , Yafeng Liang 1, 2 , Jialei Sun 1 , Hongjin Zheng 1 , Tong Lin 1 , Pengyu Luo 1 , Mengge Wang 1 , Ruiheng Liu 2 , Ying Chen 2 , Shuhua Guo 2 , Nannan Jia 2 , Hongtao Xie 2 , Meili Zhou 2 , Minghui Xia 2 , Kaijun Zhao 2 , Shuhui Wang 2 , Na Liu 2 , Yongling Jia 2 , Wei Si 2 , Qitong Chen 1 , Yechun Hong 1 , Ruilin Tian 3 , Jian-Kang Zhu 1
The Innovation ( IF 33.2 ) Pub Date : 2024-01-08 , DOI: 10.1016/j.xinn.2024.100564 Zhiqiang Duan 1, 2 , Yafeng Liang 1, 2 , Jialei Sun 1 , Hongjin Zheng 1 , Tong Lin 1 , Pengyu Luo 1 , Mengge Wang 1 , Ruiheng Liu 2 , Ying Chen 2 , Shuhua Guo 2 , Nannan Jia 2 , Hongtao Xie 2 , Meili Zhou 2 , Minghui Xia 2 , Kaijun Zhao 2 , Shuhui Wang 2 , Na Liu 2 , Yongling Jia 2 , Wei Si 2 , Qitong Chen 1 , Yechun Hong 1 , Ruilin Tian 3 , Jian-Kang Zhu 1
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The type V-I CRISPR-Cas system is becoming increasingly more attractive for genome editing. However, natural nucleases of this system often exhibit low efficiency, limiting their application. Here, we used structure-guided rational design and protein engineering to optimize an uncharacterized Cas12i nuclease, Cas12i3. As a result, we developed Cas-SF01, a Cas12i3 variant that exhibits significantly improved gene editing activity in mammalian cells. Cas-SF01 shows comparable or superior editing performance compared to SpCas9 and other Cas12 nucleases. Compared to natural Cas12i3, Cas-SF01 has an expanded PAM range and effectively recognizes NTTN and noncanonical NATN and TTVN PAMs. In addition, we identified an amino acid substitution, D876R, that markedly reduced the off-target effect while maintaining high on-target activity, leading to the development of Cas-SF01HiFi (high-fidelity Cas-SF01). Finally, we show that Cas-SF01 has high gene editing activities in mice and plants. Our results suggest that Cas-SF01 can serve as a robust gene editing platform with high efficiency and specificity for genome editing applications in various organisms.
中文翻译：
一种工程化的 Cas12i 核酸酶，是动植物中的高效基因组编辑工具
V-I CRISPR-CAS 型系统对基因组编辑越来越有吸引力。然而，该系统的天然核酸酶通常效率低，限制了其应用。在这里，我们使用结构引导的理性设计和蛋白质工程来优化未表征的 Cas12i 核酸酶 Cas12i3。因此，我们开发了 Cas-SF01，这是一种 Cas12i3 变体，在哺乳动物细胞中表现出显着改善的基因编辑活性。与 SpCas9 和其他 Cas12 核酸酶相比，Cas-SF01 显示出相当或更好的编辑性能。与天然 Cas12i3 相比，Cas-SF01 具有更大的 PAM 范围，可有效识别 NTTN 和非经典 NATN 和 TTVN PAM。此外，我们鉴定了一种氨基酸取代 D876R，它在保持高靶向活性的同时显着降低了脱靶效应，导致了 Cas-SF01HiFi （高保真 Cas-SF01） 的开发。最后，我们表明 Cas-SF01 在小鼠和植物中具有高基因编辑活性。我们的结果表明，Cas-SF01 可以作为一种强大的基因编辑平台，具有高效率和特异性，适用于各种生物体的基因组编辑应用。
更新日期：2024-01-08
中文翻译：
一种工程化的 Cas12i 核酸酶，是动植物中的高效基因组编辑工具
V-I CRISPR-CAS 型系统对基因组编辑越来越有吸引力。然而，该系统的天然核酸酶通常效率低，限制了其应用。在这里，我们使用结构引导的理性设计和蛋白质工程来优化未表征的 Cas12i 核酸酶 Cas12i3。因此，我们开发了 Cas-SF01，这是一种 Cas12i3 变体，在哺乳动物细胞中表现出显着改善的基因编辑活性。与 SpCas9 和其他 Cas12 核酸酶相比，Cas-SF01 显示出相当或更好的编辑性能。与天然 Cas12i3 相比，Cas-SF01 具有更大的 PAM 范围，可有效识别 NTTN 和非经典 NATN 和 TTVN PAM。此外，我们鉴定了一种氨基酸取代 D876R，它在保持高靶向活性的同时显着降低了脱靶效应，导致了 Cas-SF01HiFi （高保真 Cas-SF01） 的开发。最后，我们表明 Cas-SF01 在小鼠和植物中具有高基因编辑活性。我们的结果表明，Cas-SF01 可以作为一种强大的基因编辑平台，具有高效率和特异性，适用于各种生物体的基因组编辑应用。
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