Nat Biotechnol:開發出可預測基因組編輯器脫靶活性的工具...

2020-11-24 生物谷

2020年7月19日訊/

生物谷

BIOON/---在一項新的研究中，來自美國聖猶大兒童研究醫院、卡內基梅隆大學和美國國家標準技術局等研究機構的研究人員開發出一種易於使用的靈敏的高通量的方法，用於確定由CRISPR-Cas9等基因組編輯器引起的非預期的DNA雙鏈斷裂的位置。他們將這種方法稱為CHANGE-seq（Circularization for High-throughput Analysis of Nuclease Genome-wide Effects by Sequencing）。相關研究結果近期發表在Nature Biotechnology期刊上，論文標題為「CHANGE-seq reveals genetic and epigenetic effects on CRISPR–Cas9 genome-wide activity」。

圖片來自Nature Biotechnology, 2020, doi:10.1038/s41587-020-0555-7。

CRISPR-Cas核酸酶是一種變革性的基因組編輯技術，已經被廣泛地應用於研究，並被作為未來治療學的基礎進行研究。雖然基因組編輯在改善癌症、鐮狀細胞疾病和其他疾病的治療方面有著巨大的前景，但在篩選高度特異性靶點方面仍然具有挑戰性。影響非預期脫靶活性的因素在很大程度上仍然未知。

論文通訊作者、聖猶大兒童研究醫院的Shengdar Tsai博士說，「CHANGE-seq是第一個真正可擴展的用於闡明CRISPR-Cas核酸酶的非預期活性的方法。有了這種方法，科學家們如今可以快速挑選出最好的、最安全的基因組編輯和靶點，用於治療性編輯，比如用於治療鐮狀細胞疾病和用於癌症免疫療法。」

一種個性化工具

每個人的基因組都是獨一無二的，這些差異會導致患有同樣疾病的人對治療的反應各不相同。因此，擁有可以應用於個體基因組的方法來更好地研究和了解安全性是非常重要的。

論文第一作者、聖猶大兒童研究醫院的Cicera Lazzarotto博士說，「CHANGE-seq可以用來幫助確定人類遺傳變異對基因組編輯活性的影響。我們發現，個體

遺傳

變異會強烈影響體外的非預期基因組編輯活性。」

CHANGE-seq的簡單性使得它能夠快速應用於任何基因組DNA來源。此外，CHANGE-seq分析許多樣本的能力使得這些研究人員能夠產生一個大型數據集，他們使用該數據集來訓練機器學習算法，以準確預測非預期活性。

利用這一資源，他們能夠確定與基因組編輯的高特異性靶標相關的簡單指標。結果顯示，高活性和特異性的位點是獨立的，這表明使用CHANGE-seq可以找到同時具有這兩種特性的理想靶標。

論文共同作者、聖猶大兒童研究醫院的Yong Cheng博士說，「CHANGE-seq使我們能夠以前所未有的規模研究

遺傳

因素和表觀基因組因素對人類原代T細胞中基因組編輯活性的影響。」（生物谷 Bioon.com）

參考資料：1.Cicera R. Lazzarotto et al. CHANGE-seq reveals genetic and epigenetic effects on CRISPR–Cas9 genome-wide activity. Nature Biotechnology, 2020, doi:10.1038/s41587-020-0555-7.

2.Streamlined and scalable CHANGE-Seq method improves understanding of genome editors
https://phys.org/news/2020-06-scalable-change-seq-method-genome-editors.html

相關焦點

  • Nat Biotechnol:構建出具有自我編輯活性的DNA鹼基編輯器
    2019年9月21日訊/生物谷BIOON/---2016年，Komor等人利用16個鹼基長的XTEN接頭（XTEN linker）將大鼠胞苷脫氨酶APOBEC1與dCas9連接在一起，從而構建出第一代鹼基編輯器（BE1）。BE1表現出大約5個核苷酸的活性窗口（activity window）：靶位點4～8。
  • 中國學者開發新型單鹼基編輯工具,顯著降低基因編輯脫靶效應
    研究團隊根據蛋白結構預測了基因編輯過程中決定脫靶的重要胺基酸，並在不影響催化活性的情況下突變相應的胺基酸，最終得到了顯著減低基因編輯脫靶效應的單鹼基編輯工具。2016年，美國博德研究所、哈佛大學的David Liu的實驗室開發出新型單鹼基編輯器CEB（Cytosine Base Editor）。但從2019年開始，單鹼基編輯工具的安全性受到了質疑。楊輝、美國麻省總醫院J.
  • Nat Biotech 導讀 | 雙鹼基編輯器、編輯器定向優化等
    ，並正在成熟為治療應用的工具。儘管鹼基編輯器對於精準的基因組編輯非常關鍵，但是現有的鹼基編輯器只能轉化腺嘌呤或者胞嘧啶。作者們所開發的雙鹼基編輯器A&C-BEmax，通過融合脫氨酶和Cas9切口酶可以同時實現C-to-T與A-to-G的轉換。與單鹼基編輯器相比，A&C-BEmax編輯腺嘌呤的活性略有降低，而胞嘧啶活性較高，RNA脫靶活性顯著降低。
  • 高彩霞課題組開發出高精準胞嘧啶鹼基編輯工具
    鹼基編輯技術是基於CRISPR系統開發的基因組定向修飾技術。該技術由於不需要DNA雙鏈斷裂和外源供體DNA可以實現對目的鹼基的精準替換，在疾病治療、植物性狀改良等方面具有很大的應用潛力。不過，其脫靶效應仍是目前存在的一大難題。
  • 遺傳所開發出高精準胞嘧啶鹼基編輯工具
    鹼基編輯技術是基於CRISPR系統開發的基因組定向修飾技術。該技術由於不需要DNA雙鏈斷裂和外源供體DNA可以實現對目的鹼基的精準替換，在疾病治療、植物性狀改良等方面具有很大的應用潛力。不過，其脫靶效應仍是目前存在的一大難題。
  • Nat Biotechnol:中科院高彩霞團隊成功開發植物基因組引導編輯技術
    鹼基編輯器是用於進行鹼基轉換的強大工具，但不能用於進行鹼基顛換、插入或缺失。因此，迫切需要在植物中可使用的新型基因組工程方法。在此之前，美國哈佛大學的David R. Liu和他的同事們開發出一種新的稱為引導編輯（prime editing）的基因組編輯方法。
  • 中國科學家發現胞嘧啶單鹼基編輯器存在全基因組範圍的脫靶效應...
    中國科學家發現胞嘧啶單鹼基編輯器存在全基因組範圍的脫靶效應
  • Nat Biotechnol:證實CRISPR/Cpf1基因組編輯幾乎沒有脫靶效應
    2016年6月7日/生物谷BIOON/--作為CRISPR基因組編輯的新工具，Cpf1因其不同於Cas9的性質而引起人們的廣泛關注。總之，Cpf1有望擴大CRISPR基因組編輯靶位點的範圍，同時具有更好的編輯效率。儘管Cpf1有巨大潛力成為一種強大的基因組編輯工具，但是人們很少證實這種新的工具如何特異性地找到它的靶位點。在一項新的研究中，來自韓國基礎科學研究所（IBS）基因組編輯中心的研究人員證實作為一種高度特異性的可編程工具，Cpf1適合用於精確的基因組編輯。
  • Nat Biotechnol:中科院高彩霞團隊開發出針對植物的新型可預測的多...
    因此，開發一種精確的、可預測的多核苷酸缺失系統對這些調節性DNA的基因功能分析和應用具有重要意義。圖片來自Nature Biotechnology, 2020, doi:10.1038/s41587-020-0566-4。中國科學院遺傳與發育生物學研究所的高彩霞（Gao Caixia）教授及其研究團隊一直致力於開發新技術，以實現高效、特異的基因組工程。
  • 多項研究開發出可增強基因組編輯範圍的新型CRISPR/Cas9工具
    他們從犬鏈球菌（Streptococcus canis）中鑑定出了Cas9（ScCas9），並在實驗中對它進行了表徵。雖然與SpCas9相似，但ScCas9具有更廣泛地靶向DNA序列的能力。這一發現將Cas9酶可以靶向的位置從最初的基因組上的10%位點擴大到將近50%。
  • 高彩霞/王延鵬開發出高精準胞嘧啶鹼基編輯工具
    而且，這兩個鹼基編輯器變體通過產生較少的C編輯，在其目標位置更加精確。總之，該工作結合基於結構信息的蛋白理性設計、植物個體全基因組脫靶檢測技術和高通量R-loop脫靶檢測技術，進一步提高了單鹼基編輯的精確性，開發出的兩種能保持高編輯效率且無隨機脫靶效應的CBE變體，為基因治療和植物分子設計育種提供了強有力的工具支撐。
  • 農科院基因組所開發出全新檢測基因編輯工具脫靶技術
    3月1日，中國農業科學院深圳農業基因組研究所動物基因組中心左二偉課題組與中科院神經科學研究所、中國科學院馬普計算生物學研究所、史丹福大學遺傳學系合作開發出一種全新的檢測基因編輯工具脫靶的技術。該技術是一種在精度、廣度和準確性上遠超越之前的基因編輯脫靶檢測技術，有望由此開發精度更高、安全性更大的新一代基因編輯工具，建立行業的新標準。相關研究成果在線發表在《科學（Science）》上。基因組編輯技術可對特定基因進行精準定點誘變，從而改變其調控的特定性狀，在保證全球糧食安全、人類健康方面有著巨大的應用潛力。
  • 新工具能顯著降低基因編輯脫靶效應
    本文轉自【科技日報】；最新發現與創新 科技日報北京5月19日電 （記者瞿劍）記者19日從中國農科院獲悉，該院深圳農業基因組研究所左二偉研究組聯合中科院腦科學與智能技術卓越創新中心、中科院上海營養與健康研究所
  • 發現單鹼基基因編輯造成大量脫靶並開發出優化解決方法
    發現單鹼基基因編輯造成大量脫靶並開發出優化解決方法 2019-07-09 【字體：中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心楊輝團隊與合作者率先建立了一種名為「GOTI」（Genome-wide Off-target analysis by Two-cell embryo Injection）的新型DNA脫靶檢測技術，並使用該技術發現：近年來興起的單鹼基編輯技術有可能導致大量無法預測的脫靶，因而存在嚴重的安全風險。
  • 「雙劍合璧」——李大力組開發新型雙鹼基基因編輯器
    這兩種鹼基編輯器能在不產生DNA雙鏈斷裂的情況下，在4-8(距離PAM遠端起)窗口內分別實現精準的CG到TA或AT到GC 的替換,高效、精準和低脫靶的特性使其逐漸成為基因編輯領域的新寵【2,3】。在疾病模型製作、精準基因治療、動植物遺傳育種，耐藥性篩選等領域展現出光明的發展前景【4,5】。
  • 高精準胞嘧啶鹼基編輯工具！植物基因工程技術又進一步
    、高編輯活性的胞嘧啶鹼基編輯工具。鹼基編輯技術（Base Editing）是基於CRISPR系統開發的基因組定向修飾技術。基因組編輯工具單鹼基編輯器的開發，為定向編輯和修正基因組中的關鍵核苷酸變異提供了重要工具，展現了其在遺傳疾病治療與動植物新品種培育等方面潛在的重大應用價值。
  • 新工具可定量分析RNA鹼基編輯器活性
    新工具可定量分析RNA鹼基編輯器活性 作者：小柯機器人 發布時間：2019/10/23 16:10:10 以色列特拉維夫大學Eli Eisenberg團隊在研究中取得進展。
  • 不僅是DNA,基因編輯脫靶還會造成RNA突變!好在上海科學家讓單鹼基...
    這一次，科研人員不僅發現問題，也帶來了解決方案：通過點突變的方式對三種單鹼基編輯工具進行突變優化，使其完全消除RNA脫靶的活性，首次獲得「升級版」的高精度單鹼基編輯工具，為其進入臨床治療提供了重要基礎。
  • 「珍藏版」Nat Biotech綜述|CRISPR-Cas系統相關的基因編輯工具
    目前而言，CRISPR-Cas相關的工具在基因編輯、轉錄調控、表觀遺傳學修飾、RNA編輯和核酸檢測等多個研究領域均有重要應用。近年來以改變基因組DNA序列為目標的基因編輯工具的開發更是突飛猛進：除最基本的Cas核酸酶外，單鹼基編輯器（base editors）、Cas轉座及重組酶系統和引導編輯器（prime editors）的出現讓基因編輯有了更多選擇。
  • 研究人員開發「關閉開關」有望解決CRISPR的脫靶效應問題
    近期，來自日本廣島大學和東京醫科齒科大學的一組研究人員，開發了一種很有希望的方法來解決CRISPR-Cas9存在的問題——不必要的遺傳改變，這種方法可在基因編輯器到達關鍵的細胞周期階段之前將其關閉，在這個階段可能會發生更精確的修復。