一種面向等位基因特異性的個性化嚮導RNA設計工具

2021-01-15 施普林格自然OA

原文以 AlleleAnalyzer: a tool for personalized and allele-specific sgRNA design 為標題發布在 Genome Biology 期刊

CRISPR基因編輯系統的成功實施依賴於所設計的嚮導RNA（guide RNA）的高效性(high sensitivity)和特異性(high specificity)。目前領域內研究者開發了若干計算工具用於CRISPR基因編輯系統的嚮導RNA優化設計，包括優化嚮導RNA的切割效率以及預測其在全基因組範圍內的潛在脫靶位點（off-target sites）。這些計算工具通常會考慮嚮導RNA與切割位點的鹼基匹配情況、DNA序列特徵、表觀遺傳學特徵以及基因組染色質開放程度等，並以此作為預測嚮導RNA切割效率和潛在脫靶位點的重要指標。

然而，現有工具在設計過程中一般會使用常用的參考基因組，如人類的參考基因組hg38或小鼠參考基因組GRCm38等。在實際實驗以及臨床治療過程中，所使用的細胞系、組織乃至個體化的病人基因組均有可能與參考基因組存在大量的序列差異，如在人類全基因組中，這種差異平均可以達到0.1%。儘管嚮導RNA通常可以耐受單鹼基差異，但這種個體化的序列差異在全基因組內具有一定的可能性會降低嚮導RNA的切割效率，同時導致不準確的脫靶預測結果。基因編輯系統進入臨床的首要考量是安全性，所以我們有必要深入探究個體化基因組差異對於基因編輯系統優化設計的影響，這也是當前精準醫學和個體化治療的一種重要的體現。

近日，美國舊金山Gladstone研究所Katherine S. Pollard教授課題組在Genome Biology 上發表Software類文章AlleleAnalyzer: a tool for personalized and allele-specific sgRNA design，該工作即是對CRISPR基因編輯系統的個性化嚮導RNA設計的有益探索。需要指出的是，Zhang Feng等於2017年在Nature Medicine發文，通過分析ExAC and 1000 Genomes data，初步探討了個體化基因組差異對於基因編輯系統的影響；同時，PNAS在同年發表Dana-Farber Cancer Institute的Matthew C. Canver課題組工作，同樣指出在CRISPR保真性研究中需要考慮個體化基因組差異對於基因編輯系統可靠性和安全性評估的影響。但是，這兩個工作均是通過大規模的個體基因組樣本分析說明在基因編輯中考慮個體化基因組差異的重要性，並沒有詳細探討如何利用該個體化差異來幫助我們進行基因編輯系統的優化設計。Zhang Feng等的工作中選取了了若干不受個體化差異影響的通用sgRNA (Universal sgRNA)用於實現可靠的基因編輯，是從「求同」的角度來考慮該影響，而AlleleAnalyzer進一步指出如何利用這種個體化的基因組差異來進行個體化的sgRNA設計，體現的是一種「求異」的思想。求同存異相輔相成，可以幫助我們更好實現個體化和精準化的基因編輯和基因治療。

Genome Biology

doi:10.1186/s13059-019-1783-3

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