BPS2026 – Cas9结合的双链DNA迷你环的结构揭示了DNA形状对CRISPR-Cas9靶标探测的影响

CRISPR-Cas9是一种RNA引导的内切酶，可在特定位点切割双链DNA，并已被改编为强大的基因组操作工具。Cas9通过一系列在Cas9核糖核蛋白与DNA双链之间协调的构象转变来识别其相应的靶标。这些转变，因此Cas9的靶标特异性，预计会受到DNA形状的显著影响，DNA形状是指双链的集体物理特性，如弯曲性和拓扑结构。然而，目前关于DNA形状与Cas9靶标探测之间相互作用的知识有限。在此，我们展示了Cas9与嵌入在松弛的95个碱基对闭合DNA双链迷你环中的相应DNA靶标结合的冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构。分辨率小于3.0 Å的Cas9/DNA片段揭示了与PAM结合和R-loop起始相关的相同相互作用，这些相互作用与Cas9结合线性DNA的结构中观察到的相似。然而，R-loop的传播限制在3个碱基对或更少，因此显著干扰了典型的Cas9切割。原位链的解开受限于Cas9结合位点之外的全局DNA环状构象的变化，表明DNA的约束和闭合环状特征限制了R-loop的传播。数据详细揭示了DNA形状与Cas9结构和功能之间的相互作用，所获得的见解可能为在DNA拓扑变化的复杂环境中进行基因组编辑和操控提供启示。