Точная оценка редактирования генома CRISPR

Технология CRISPR позволяет исследователям редактировать геномы, изменяя последовательности и, таким образом, изменяя функцию генов. Его многочисленные потенциальные применения включают исправление генетических дефектов, лечение и предотвращение распространения болезней и улучшение сельскохозяйственных культур.


Инструменты редактирования генома, такие как технология CRISPR-Cas9, могут быть разработаны для внесения чрезвычайно четко определенных изменений в намеченную цель на хромосоме, где расположен конкретный ген или функциональный элемент. Однако одним из возможных осложнений является то, что редактирование CRISPR может привести к другим, непреднамеренным, геномным изменениям. Это называется нецелевой деятельностью. При нацеливании на несколько разных участков генома нецелевое действие может привести к транслокациям, необычной перестройке хромосом, а также к другим непреднамеренным модификациям генома.

Контроль за нецелевым редактированием – одна из центральных задач в обеспечении точности и применимости технологии CRISPR-Cas9 в медицинской практике. Современные методы измерения и методы анализа данных для количественной оценки нецелевой активности не обеспечивают статистической оценки, недостаточно чувствительны для отделения сигнала от шума в экспериментах с низкой скоростью редактирования и требуют громоздких усилий по обнаружению транслокаций.

Многопрофильная группа исследователей из Междисциплинарного центра Герцлии и Университета Бар-Илан сообщает в выпуске журнала от 24 мая. Nature Communications нового программного инструмента для обнаружения, оценки и количественной оценки нецелевой деятельности по редактированию, включая неблагоприятные события транслокации, которые могут вызвать рак. Программное обеспечение основано на данных, полученных в результате стандартного анализа, включающего мультиплексную ПЦР-амплификацию и секвенирование следующего поколения (NGS).

Этот инструмент, известный как CRISPECTOR, анализирует данные секвенирования следующего поколения, полученные в результате экспериментов CRISPR-Cas9, и применяет статистическое моделирование для определения и количественной оценки операций редактирования. CRISPECTOR точно измеряет нецелевую активность в каждом запрошенном локусе. Кроме того, это позволяет повысить количество ложноотрицательных результатов на сайтах со слабой, но значительной нецелевой активностью. Важно отметить, что одной из новых особенностей CRISPECTOR является его способность обнаруживать неблагоприятные события транслокации, происходящие в эксперименте по редактированию.

«При редактировании генома, особенно для клинических применений, критически важно идентифицировать низкий уровень активности вне мишени и неблагоприятные события транслокации. Даже небольшое количество клеток с канцерогенным потенциалом при трансплантации пациенту в контексте генной терапии может иметь пагубные последствия с точки зрения патогенеза рака. Поэтому в рамках протоколов лечения важно заранее обнаруживать эти потенциальные события “, – говорит д-р Айал Хендель с факультета естественных наук Университета Мина и Эверарда Гудмана в Университете Бар-Илан. Доктор Хендель руководил исследованием вместе с профессором Зохаром Яхини из Школы компьютерных наук Арази при Междисциплинарном центре (IDC) в Герцлии. «CRISPECTOR предоставляет эффективный метод для характеристики и количественной оценки потенциальных ошибок, вызванных CRISPR, тем самым значительно повышая безопасность будущего клинического использования редактирования генома». Команда Хенделя использовала технологию CRISPR-Cas9 для редактирования генов в стволовых клетках, имеющих отношение к заболеваниям крови и иммунной системы. В процессе анализа данных они узнали о недостатках существующих инструментов для количественной оценки нецелевой деятельности и о пробелах, которые необходимо устранить, чтобы улучшить применимость. Этот опыт привел к сотрудничеству с ведущей группой профессора Яхини в области вычислительной биологии и биоинформатики.

Профессор Зохар Яхини из IDC Herzliya и Technion добавляет, что «в экспериментах с использованием методов глубокого секвенирования со значительными уровнями фонового шума низкие уровни истинной активности вне цели могут быть потеряны из-за шума. Необходимость в подходе к измерениям. и связанный с ним , который способен заглядывать за пределы шума, а также обнаруживать неблагоприятные события транслокации, происходящие в эксперименте по редактированию, очевиден для ученых и практиков, занимающихся редактированием генома. CRISPECTOR – это инструмент, который может отсеивать фоновый шум для выявления и количественно определить истинный сигнал вне цели. Более того, используя статистическое моделирование и тщательный анализ данных, CRISPECTOR может также идентифицировать более широкий спектр геномных аберраций. Путем характеристики и количественной оценки потенциальных ошибок, вызванных CRISPR, наши методы будут поддерживать более безопасное клиническое использование терапевтического редактирования генома подходы. “

Hendel Lab и Yakhini Research Group планируют применить этот инструмент для изучения потенциальных методов лечения генетических нарушений иммунной системы и подходов к иммунотерапии рака.

Исследование является результатом сотрудничества лаборатории Хенделя в Университете Бар-Илан (BIU) и исследовательской группы Яхини (IDC Герцлия и Технион). Руководили проектом Идо Амит (IDC) и Ортал Янку (BIU). В этом исследовании также участвовали Даниэль Аллен, Дор Брейер и Нимрод Бен Хаим (BIU); Алена Леви-Юргенсон (Технион); Леон Анави (Технион и IDC); Гэвин Курган, Мэтью С. Макнил, Гарретт Р. Реттиг и Ю Ван (Integrated DNA Technologies, Inc. (IDT, США)). Среди дополнительных участников были Чихонг Чой (IDC) и Марк Белке (IDT, США).

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments