CRISPR/Cas9の種内・種間編集の成果への新たな洞察

The novel insight into the outcomes of CRISPR/Cas9 editing intra- and inter-species.

• Jiasong Chang
• Xiaoxu Chen
• Tong Zhang
• Ruolin Wang
• Aoming Wang
• Xinhui Lan
• Yuyu Zhou
• Sanyuan Ma
• Qingyou Xia

抄録

CRISPR/Cas（clustered regularly interspaced short palindromic repeat technology/CRISPR-associated protein）は、生物科学の分野で広く利用されている強力な研究ツールであり、遺伝性疾患を治療するための有望な治療薬である。一般に、Cas9によって誘発される突然変異は確率的で予測不可能であると考えられており、正確な遺伝子交代が必要とされる場合には、その応用は難しいと考えられています。ここでは、4 つの異なる種の複数の部位のゲノム編集結果をディープシークエンシングと解析することにより、Cas9 によって誘発される突然変異は、突然変異の種類では一致しているが、種間ではインデルのパターンが大きく異なることを発見した。ヒトとマウスの細胞では、インデルは開裂部位の両端にほぼ均等に分布していた。しかし、Bombyx moriでは主に切断部位の上流側にインデルが出現し、ゼブラフィッシュのDanio rerioでは切断部位の下流側にインデルが出現していた。また、種内ではインデルパターンは配列に依存しており、修復スペクトルでは隣接する2つのマイクロホモロジー配列間の欠失が最も頻繁に観察される変異であることがわかった。これらの結果から、Cas9誘導遺伝子編集時のDNA修復過程には種差があることが示唆され、遺伝子編集結果を予測する上で標的部位の配列構造が重要な役割を果たしていることが示唆された。

The CRISPR/Cas (clustered regularly interspaced short palindromic repeat technology/CRISPR-associated protein) is a widely used and powerful research tool in biosciences and a promising therapeutic agent for treating genetic diseases. Mutations induced by Cas9 are generally considered stochastic and unpredictable, thus hindering its applications where precise genetic alternations are required. Here, through deep sequencing and analysis of genome editing outcomes of multiple sites in four distinct species, we found that Cas9-induced mutations are coincident in mutation types but are significantly different in indel patterns among species. In human and mouse cells, indels were almost evenly distributed at both ends of the cleavage sites. However, the indels mainly appeared at the upstream of cleavage sites in Bombyx mori, while they predominantly occurred downstream of the cleavage sites in the zebrafish Danio rerio. We also found that within a species, indel patterns are sequence dependent, wherein deletions between two adjacent micro-homology sequences were the most frequently observed mutations in the repair spectrum. These results suggested the species differences in DNA repair processes during Cas9-induced gene editing, and the important role of sequence structure at the target site in predicting the gene editing outcome.

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