The Cas3 nuclease is utilized by canonical type I CRISPR-Cas systems for processive target DNA degradation, while a newly identified type I-F CRISPR variant employs an HNH nuclease domain from the natural fusion Cas8-HNH protein for precise target cleavage both in vitro and in human cells. Here, we report multiple cryo-electron microscopy structures of the type I-F Cas8-HNH system at different functional states. The Cas8-HNH Cascade complex adopts an overall G-shaped architecture, with the HNH domain occupying the C-terminal helical bundle domain (HB) of the Cas8 protein in canonical type I systems. The Linker region connecting Cas8-NTD and HNH domains adopts a rigid conformation and interacts with the Cas7.6 subunit, enabling the HNH domain to be in a functional position. The full R-loop formation displaces the HNH domain away from the Cas6 subunit, thus activating the target DNA cleavage. Importantly, our results demonstrate that precise target cleavage is dictated by a C-terminal helix of the HNH domain. Together, our work not only delineates the structural basis for target recognition and activation of the type I-F Cas8-HNH system, but also guides further developments leveraging this system for precise DNA editing.

中文翻译：

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I-F 型 Cas8-HNH 系统的结构基础。


Cas3 核酸酶被经典的 I 型 CRISPR-Cas 系统用于进行性靶标 DNA 降解，而新发现的 I 型 CRISPR 变体利用来自天然融合 Cas8-HNH 蛋白的 HNH 核酸酶结构域在体外和人类细胞中进行精确的靶标切割。在这里，我们报道了不同功能状态下 I-F 型 Cas8-HNH 系统的多个冷冻电子显微镜结构。Cas8-HNH 级联复合物采用整体 G 形结构，其中 HNH 结构域在经典 I 型系统中占据 Cas8 蛋白的 C 端螺旋束结构域 （HB）。连接 Cas8-NTD 和 HNH 结构域的 Linker 区域采用刚性构象并与 Cas7.6 亚基相互作用，使 HNH 结构域处于功能位置。完整的 R 环形成使 HNH 结构域从 Cas6 亚基上移位，从而激活靶 DNA 切割。重要的是，我们的结果表明，精确的靶标切割是由 HNH 结构域的 C 端螺旋决定的。总之，我们的工作不仅描绘了 I-F 型 Cas8-HNH 系统靶标识别和激活的结构基础，而且还指导了利用该系统进行精确 DNA 编辑的进一步开发。