Team:GO Paris-Saclay/Design

Design

Conception

Дизайн

Cas13a protein
Cas13a is a RNA-dependent RNAse from the Gram-negative bacterium Leptotrichia buccalis belonging to the class VI CRISPR-Cas systems measuring 1159 amino acids. Its activation by hybridization of the crRNA with which it is associated with its complementary single-stranded RNA allows it to cleave any single-stranded RNA in an aspecific manner, this phenomenon is called collateral activity. This collateral activity allows the use of this protein for the detection of RNAs using a fluorescent single-stranded RNA reporter.

La protéine Cas13a
Cas13a est une ARNase ADN-dépendante de la bactérie Gram-négative Leptotrichia buccalis appartenant à la classe VI des systèmes CRISPR-Cas mesurant 1159 acides aminés. Son activation par hybridation du crRNA auquel elle est associée avec son ARN simple brin complémentaire lui permet de cliver tout ARN simple brin de manière aspécifique, ce phénomène est appelé activité collatérale. Cette activité collatérale permet l'utilisation de cette protéine pour la détection d'ARN à l'aide d'un rapporteur ARN simple brin fluorescent.

Cas13a белок
Cas13a представляет собой ДНК-зависимую РНКазу грамотрицательной бактерии Leptotrichia buccalis , принадлежащую к системе CRISPR-Cas класса VI и имеющую 1159 аминокислот. Его активация путем гибридизации crRNA, с которой он связан, с его комплементарной одноцепочечной РНК позволяет ему расщеплять любую одноцепочечную РНК неспецифическим образом, это явление называется коллатеральной активностью. Эта коллатеральная активность позволяет использовать этот белок для обнаружения РНК с помощью флуоресцентного репортера одноцепочечной РНК.


Cas14 proteins
Cas12f proteins also called Cas14 are proteins identified mainly in the superphylum of DPANN archaea that can measure between about 400 and 700 amino acids belonging to class V CRISPR-Cas systems. These single-stranded DNA cleaving nucleases are guided by an sgRNA hybridizing to the target DNA. Activation of the nuclease activity of these proteins requires them to dimerize and allows them to cleave single-stranded DNA aspecifically. As for Cas13a, this collateral activity allows the use of this protein for the detection of RNAs using a fluorescent single-stranded DNA reporter.

Les protéines cas14
Les protéines Cas12f également appelées Cas14 sont des protéines identifiées principalement dans le superphylum des archées DPANN qui peuvent mesurer entre environ 400 et 700 acides aminés appartenant aux systèmes CRISPR-Cas de classe V. Ces nucléases clivant l'ADN simple brin sont guidées par un sgRNA s'hybridant à l'ADN cible. L'activation de l'activité nucléase de ces protéines nécessite leur dimérisation et leur permet de cliver l'ADN simple brin de manière aspécifique. Comme pour Cas13a, cette activité collatérale permet l'utilisation de cette protéine pour la détection d'ARNs à l'aide d'un rapporteur d'ADN simple brin fluorescent.

Cas14 белки
Белки Cas12f, также называемые Cas14, представляют собой белки, идентифицированные в основном в суперфиле архей DPANN, размером примерно от 400 до 700 аминокислот, принадлежащих к системам CRISPR-Cas класса V. Эти нуклеазы, расщепляющие одноцепочечную ДНК, регулируются гибридизацией sgRNA для нацеливания на ДНК. Активация нуклеазной активности этих белков требует их димеризации и позволяет им расщеплять одноцепочечную ДНК неспецифическим образом. Аналогично Cas13a, эта коллатеральная активность позволяет использовать этот белок для обнаружения РНК с помощью флуоресцентного репортера одноцепочечной ДНК.


Cascade CRISPR/Cas design

image cascade
FIGURE 1 : Activation of Cas13a by the miRNA

Cas13a, a RNA-dependent RNAse Cas protein, associated with its crRNA recognizes specifically an miRNA whose sequence is complementary to that of the crRNA. The annealing between the miRNA and the crRNA activates the non-specific RNAse activity of Cas13a.

image cascade 2

FIGURE 2 : Cleavage of ST-HP by activated Cas13a

Activated Cas13a is then able to clive the ssDNA-stable hairpin (ST-HP) which carries two uracil ribonucleotides in its loop (in red).

image cascade 3

FIGURE 3 : Activation of Cas14a1 complex by cleaved ST-HP

One of the fragments released by ST-HP cleavage can then hybridize with sgRNA associated with Cas14a1, a RNA-dependent DNAse Cas protein, and activate it. As Cas13a, RNAse activity of activated Cas14a1 is non-specific.

image cascade 4

FIGURE 4 : Cleavage of the ssDNA probe by activated Cas14a1

Activated Cas14a1 can then cleave a ssDNA reporter (DNA probe), thereby separating the fluorophore (green circle) from the quencher (black circle) to allow fluorescence emission.

image cascade entière

FIGURE 5: Principle of the CRISPR/Cas Cascade for detection of miRNA adapted from Sha et al., 2021.

Cascade CRISPR/Cas design
image cascade
FIGURE 1 : Activation de Cas13a by le miRNA

Cas13a1, une protéine ARNase ARN-dépendante, associée à son crRNA reconnaît spécifiquement un miRNA dont la séquence est complémentaire à celle du crRNA. L'hybridation entre le miRNA et le crRNA active l'activité ARNase non spécifique de Cas13a.

image cascade 2

FIGURE 2 : Coupure de la ST-HP par la Cas13a activée

Cas13a activée est alors capable de cliver une structure ADN en épingle à cheveux (ST-HP) qui présente deux ribonucléotides d'uracile dans sa boucle (en rouge).

image cascade 3

FIGURE 3 : Activation du complexe Cas14a1 par la ST-HP clivée

L'un des fragments libérés par le clivage de la ST-HP peut alors s'hybrider avec le sgRNA associé à Cas14a1, une protéine Cas ADNase ARN-dépendante, et l'activer. Comme pour Cas13a, l'activité ARNase de Cas14a1 activée est non spécifique.

image cascade 4

FIGURE 4 : Clivage du probe ADNsb par Cas14a1 activée

La Cas14a1 activée peut alors cliver le rapporteur ADNsb (sonde ADN), séparant ainsi le fluorophore (cercle vert) du quencher (cercle noir) pour permettre une émission de fluorescence.

image cascade entière

FIGURE 5: Principe de la Cascade CRISPR/Cas pour la detection de miRNAs adapté de Sha et al., 2021.

Дизайн CRISPR/Cas каскада
image cascade
РИСУНОК 1: Активация Cas13a микроРНК

Cas13a, РНК-зависимая РНКаза Cas-белок, связанный с его crРНК, специфически распознает miRNA, последовательность которой комплементарна последовательности crRNA. Отжиг между miRNA и crRNA активирует неспецифическую РНКазную активность Cas13a.

image cascade 2

РИСУНОК 2: Расщепление шпильки ST-HP активированным Cas13a

Активированный Cas13a затем может вырезать стабильную шпильку оцДНК (ST-HP), которая несет в своей петле два урацил-рибонуклеотида (отмечены красным).

image cascade 3

РИСУНОК 3: Активация комплекса Cas14a1 расщепленной шпилькой ST-HP

Один из фрагментов, высвобождаемых при расщеплении ST-HP, может затем гибридизоваться с sgRNA, ассоциированным с Cas14a1, РНК-зависимым белком Cas ДНКазы, и активировать его. Как и Cas13a, РНКазная активность активированного Cas14a1 неспецифична.

image cascade 4

РИСУНОК 4: Расщепление зонда оцДНК активированным Cas14a1

Активированный Cas14a1 может затем расщепить репортер оцДНК (ДНК-зонд), тем самым отделяя флуорофор (яркий зеленый кружок) от гасителя (черный кружок), чтобы обеспечить испускание флуоресценции.

image cascade entière

РИСУНОК 5: Принцип CRISPR/Cas каскада для обнаружения miRNA, адаптированный из Sha et al., 2021.