TALEN outperforms Cas9 in editing heterochromatin target sites.
TALEN outperforms Cas9 in editing heterochromatin target sites.
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DOI：
10.1038/s41467-020-20672-5
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发表时间：
2021-01-27
影响因子：
16.6
通讯作者：
Zhao H
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jain S;Shukla S;Yang C;Zhang M;Fatma Z;Lingamaneni M;Abesteh S;Lane ST;Xiong X;Wang Y;Schroeder CM;Selvin PR;Zhao H
基因组编辑主要依赖于对目标位点的选择性识别。然而，尽管最近取得了进展，基因组编辑蛋白的潜在搜索机制在细胞染色质环境中尚未完全理解。在这里，我们利用活细胞中的单分子成像直接研究CRISPR/Cas9和TALEN的行为。我们对基因组编辑蛋白的单分子成像显示，Cas9在异染色质上的效率低于TALEN，因为Cas9在这些区域的非特异性位点上被局部搜索所阻碍。我们发现，与异染色质区域的Cas9相比，TALEN的编辑效率提高了5倍。总体而言，我们的研究结果表明，Cas9和TALEN使用三维和局部搜索相结合的方法来识别靶点，而局部搜索的纳米级粒度决定了基因组编辑蛋白的编辑结果。综上所述，我们的研究结果表明，在异染色质应用方面，TALEN是一种比Cas9更有效的基因编辑工具。虽然Cas9在常染色质中优于TALENs，但在异染色质区域效率较低。在这里，作者使用单分子成像表明，与TALENs相比，Cas9在这些区域使用的搜索策略效率较低。
Genome editing critically relies on selective recognition of target sites. However, despite recent progress, the underlying search mechanism of genome-editing proteins is not fully understood in the context of cellular chromatin environments. Here, we use single-molecule imaging in live cells to directly study the behavior of CRISPR/Cas9 and TALEN. Our single-molecule imaging of genome-editing proteins reveals that Cas9 is less efficient in heterochromatin than TALEN because Cas9 becomes encumbered by local searches on non-specific sites in these regions. We find up to a fivefold increase in editing efficiency for TALEN compared to Cas9 in heterochromatin regions. Overall, our results show that Cas9 and TALEN use a combination of 3-D and local searches to identify target sites, and the nanoscopic granularity of local search determines the editing outcomes of the genome-editing proteins. Taken together, our results suggest that TALEN is a more efficient gene-editing tool than Cas9 for applications in heterochromatin. While Cas9 outperforms TALENs in euchromatin, it is less efficient in heterochromatic regions. Here the authors, using single-molecule imaging, show that Cas9 uses a less efficient search strategy compared to TALENs in these regions.
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