ファレロールはCRISPR/Cas9を介したゲノム編集の促進因子であることが、ハイスループット低分子スクリーニングにより明らかになった

A high-throughput small molecule screen identifies farrerol as a potentiator of CRISPR/Cas9-mediated genome editing.

• Weina Zhang
• Yu Chen
• Jiaqing Yang
• Jing Zhang
• Jiayu Yu
• Mengting Wang
• Xiaodong Zhao
• Ke Wei
• Xiaoping Wan
• Xiaojun Xu
• Ying Jiang
• Jiayu Chen
• Shaorong Gao
• Zhiyong Mao

抄録

DNA二本鎖切断（DSB）を修復する2つの独立した経路である相同組換え（HR）と非相同末端結合（NHEJ）の選択を直接調節することは、CRISPR/Cas9による遺伝子ターゲティングの効率を向上させる可能性がある。ここでは、2つのDSB修復経路間の選択に影響を与える低分子を同定するための、迅速かつ容易にスコア化できるスクリーニング手法を開発しました。このツールを用いて、我々はHRを促進するがNHEJには影響を与えない低分子ファレロールを同定した。さらに、ファレロールはRAD51のDSB部位へのリクルートを刺激することで機能していることが明らかになった。重要なことは、ファレロールがヒト細胞、マウス細胞、マウス胚において、複数のゲノム座における正確な標的統合を効果的に促進することを実証したことである。さらに、ファレロールで細胞を処理しても、ゲノムの安定性に明らかな負の影響はなかった。さらに、ファレロールは胚盤胞におけるノックイン効率を有意に向上させ、その後に生成されたノックインマウスは生殖細胞への伝達能力を保持していた。

Directly modulating the choice between homologous recombination (HR) and non-homologous end joining (NHEJ) - two independent pathways for repairing DNA double-strand breaks (DSBs) - has the potential to improve the efficiency of gene targeting by CRISPR/Cas9. Here, we have developed a rapid and easy-to-score screening approach for identifying small molecules that affect the choice between the two DSB repair pathways. Using this tool, we identified a small molecule, farrerol, that promotes HR but does not affect NHEJ. Further mechanistic studies indicate that farrerol functions through stimulating the recruitment of RAD51 to DSB sites. Importantly, we demonstrated that farrerol effectively promotes precise targeted integration in human cells, mouse cells and mouse embryos at multiple genomic loci. In addition, treating cells with farrerol did not have any obvious negative effect on genomic stability. Moreover, farrerol significantly improved the knock-in efficiency in blastocysts, and the subsequently generated knock-in mice retained the capacity for germline transmission.

© 2020, Zhang et al.