Sphingosine 1-phosphate receptor 1 (S1PR1), a G protein-coupled receptor, is required for lymphocyte trafficking, and is a promising therapeutic target in inflammatory diseases. Here, we synthesize a competitive S1PR1 antagonist, KSI-6666, that effectively suppresses pathogenic inflammation. Metadynamics simulations suggest that the interaction of KSI-6666 with a methionine residue Met124 in the ligand-binding pocket of S1PR1 may inhibit the dissociation of KSI-6666 from S1PR1. Consistently, in vitro functional and mutational analyses reveal that KSI-6666 causes pseudoirreversible inhibition of S1PR1, dependent on the Met124 of the protein and substituents on the distal benzene ring of KSI-6666. Moreover, in vivo study suggests that this pseudoirreversible inhibition is responsible for the persistent activity of KSI-6666.

The type I CRISPR system has recently emerged as a promising tool, especially for large-scale genomic modification, but its application to generate model animals by editing zygotes had not been established. In this study, we demonstrate genome editing in zygotes using the type I-E CRISPR-Cas3 system, which efficiently generates deletions of several thousand base pairs at targeted loci in mice with 40%–70% editing efficiency without off-target mutations. To overcome the difficulties associated with detecting the variable deletions, we used a newly long-read sequencing-based multiplex genotyping approach. Demonstrating remarkable versatility, our Cas3-based technique was successfully extended to rats as well as mice, even by zygote electroporation methods. Knockin for SNP exchange and genomic replacement with a donor plasmid were also achieved in mice. This pioneering work with the type I CRISPR zygote editing system offers increased flexibility and broader applications in genetic engineering across different species.

CRISPR–Cas9 gene editing technology has considerably facilitated the generation of mouse knockout alleles, relieving many of the cumbersome and time-consuming steps of traditional mouse embryonic stem cell technology. However, the generation of conditional knockout alleles remains an important challenge. An earlier study reported up to 16% efficiency in generating conditional knockout alleles in mice using 2 single guide RNAs (sgRNA) and 2 single-stranded oligonucleotides (ssODN) (2sgRNA–2ssODN). We re-evaluated this method from a large data set generated from a consortium consisting of 17 transgenic core facilities or laboratories or programs across the world. The dataset constituted 17,887 microinjected or electroporated zygotes and 1,718 live born mice, of which only 15 (0.87%) mice harbored 2 correct LoxP insertions in cis configuration indicating a very low efficiency of the method. To determine the factors required to successfully generate conditional alleles using the 2sgRNA–2ssODN approach, we performed a generalized linear regression model. We show that factors such as the concentration of the sgRNA, Cas9 protein or the distance between the placement of LoxP insertions were not predictive for the success of this technique. The major predictor affecting the method's success was the probability of simultaneously inserting intact proximal and distal LoxP sequences, without the loss of the DNA segment between the two sgRNA cleavage sites. Our analysis of a large data set indicates that the 2sgRNA–2ssODN method generates a large number of undesired alleles (>99%), and a very small number of desired alleles (<1%) requiring, on average 1,192 zygotes.

Abstract Sphingosine 1-phosphate receptor 1 (S1PR1), a G protein-coupled receptor, is required for lymphocyte trafficking, and is a promising therapeutic target in inflammatory diseases. To find potent S1PR1 antagonists, identification of the structural basis for drug efficacy is important. Here, we synthesized a novel antagonist, KSI-6666, that persistently inhibits S1PR1 activity and effectively suppresses pathogenic inflammation. Metadynamics simulation suggested that the interaction of a benzene ring moiety in KSI-6666 with a methionine residue in the ligand-binding pocket of S1PR1 inhibits the dissociation of KSI-6666 from S1PR1, generating a metastable binding state. Consistently, in vitro functional and mutational analyses revealed that KSI-6666 causes pseudoirreversible inhibition of S1PR1, dependent on the methionine residue of the protein and substituents on the distal benzene ring of KSI-6666. Moreover, in vivo study suggested that this pseudoirreversible inhibition is responsible for the persistent activity of KSI-6666. These findings will contribute to the rational design of potent S1PR1 antagonists for the treatment of inflammatory disorders.

Abstract Type I CRISPR-Cas3 uses an RNA-guided multi Cas-protein complex, Cascade, which detects and degrades foreign nucleic acids via the helicase-nuclease Cas3 protein. Despite many studies using cryoEM and smFRET, the precise mechanism of Cas3-mediated cleavage and degradation of target DNA remains elusive. Here we reconstitute the CRISPR-Cas3 system in vitro to show how the Escherichia coli Cas3 (EcoCas3) with EcoCascade exhibits collateral non-specific ssDNA cleavage and target specific DNA degradation. Partial binding of EcoCascade to target DNA with tolerated mismatches within the spacer sequence, but not the PAM, elicits collateral ssDNA cleavage activity of recruited EcoCas3. Conversely, stable binding with complete R-loop formation drives EcoCas3 to nick the non-target strand (NTS) in the bound DNA. Helicase-dependent unwinding then combines with trans ssDNA cleavage of the target strand and repetitive cis cleavage of the NTS to degrade the target dsDNA substrate. High-speed atomic force microscopy demonstrates that EcoCas3 bound to EcoCascade repeatedly reels and releases the target DNA, followed by target fragmentation. Together, these results provide a revised model for collateral ssDNA cleavage and target dsDNA degradation by CRISPR-Cas3, furthering understanding of type I CRISPR priming and interference and informing future genome editing tools.