遺伝子発現抑制研究のための新しいCRISPRiエフェクター



当社のCRISPRiプラットフォームが新しいdCas9融合タンパク質と化学合成sgRNAを使用して、遺伝子の特徴付けとアレイ化されたスクリーニングのワークフローを改善します。

過去10年間、CRISPR-Cas9システムは遺伝子機能の解読に非常に役立つことが証明されてきました。CRISPR-Cas9は主に機能喪失(loss-of-function: LOF)研究で使用され、標的DNA切断部位での小さな挿入および欠失(insertions and deletions: INDELS)の作成によって遺伝子機能を破壊します。最近では、CRISPR転写活性化(CRISPRa)やCRISPR転写抑制(CRISPRi)などのCRISPR遺伝子発現調節システムが開発されました。これは、ヌクレアーゼ不活化Cas9(deactivated Cas9: dCas9)に依存して、転写活性化因子または転写抑制因子のいずれかを標的遺伝子に誘導し、転写を変化させます。

CRISPRシステムの、高度にプログラム可能で特異的ターゲティングにより、プール化レンチウイルススクリーニングが広く採用されるようになりました。このアプローチは、通常はsiRNAまたは低分子で実行されるアレイ化LOFスクリーニングを補完するものです。アレイ化スクリーニングでは、細胞のウェルごとに1つの遺伝子が標的とされますが、プール化スクリーニングでは、単一の細胞集団でひと揃えの遺伝子(ライブラリー)が標的とされます。アレイ化スクリーニングの利点は、遺伝子型と表現型の相関関係を明確に識別できること、マルチパラメータデータの生成、および短いタイムポイント実験への適合性などです1。CRISPR-Cas9システムはアレイ化スクリーニングに適用されてきましたが、CRISPRiの使用は限られています。

CRISPRiシングルガイドRNA(sgRNA)は一般にベクターベースであるため、大規模スクリーニングに必要なアレイ化ライブラリーを作製するには費用と時間がかかります。siRNAと同様に、sgRNAはハイスループットで化学合成され、多くの細胞タイプに容易に送達でき、安定性を高めるために化学修飾できる化学合成sgRNAのアレイ化ライブラリーを作製できます。ただし、化学合成sgRNAでCRISPRiを実行するには、アッセイの過程で十分な転写抑制が行われ、堅牢なLOF表現型が生成されるだけの強力なdCas9エフェクターが必要です。

Horizonが新しい融合タンパク質とsgRNAワークフローを開発

CRISPRi技術を改善するために、Millsら(2022)は多数のリプレッサードメインをスクリーニングし、Sal様タンパク質1(SALL1)とSin3aコリプレッサー複合体コンポーネント(SDS3)が最も効果的なリプレッサーであると判断しました。これらのドメインは、化学合成sgRNAによる強力なターゲットノックダウンを媒介する新規の不活化Cas9融合タンパク質(dCas9-SALL1-SDS3)を作製するために使用されました。新規融合タンパク質は、異なる標的遺伝子に対して、異なる細胞型において、その遺伝子転写抑制効力の広範な評価が行われ、既存のCRISPRiエフェクターと比較されました。化学合成sgRNAを使用したワークフローにより、単なるプール化スクリーニングではなく、アレイ化スクリーニングが可能となりました。

CRISPR journal publication image
Recent publication in The CRISPR Journal authored by the Horizon R&D team.

The key findings include:

  • dCas9-SALL1-SDS3は、最も広く使用されている第1世代および第2世代のCRISPRiエフェクターであるdCas9-KRABおよびdCas9-KRAB-MeCP2と比較して、CRISPRを介した標的遺伝子転写抑制を大幅に改善します。
  • 化学合成sgRNAとdCas9-SALL1-SDS3の使用は、高い標的遺伝子特異性を示しながら、標的遺伝子の転写抑制を増加させます。
  • 化学合成sgRNAは、ヒト人工多能性幹細胞(human induced pluripotent stem cells: hiPSC)および初代T細胞を含む初代細胞への短期間の送達のために、in vitroで転写されたdCas9-SALL1-SDS3 mRNAとともに使用できます。
  • dCas9-SALL1-SDS3の使用により、siRNAを用いた場合と同様に、アレイ形式のスクリーニングが可能であることが示されました。
  • dCas9-SALL1-SDS3は、SALL1およびSDS3の内在性機能的エフェクターである、ヒストン脱アセチル化酵素およびSwiに依存しない3つの複合体と相互作用することがわかっています。

ご研究におけるメリット

この斬新なエフェクターとワークフローは、新しいDharmacon CRISPRiプラットフォームを形成します。これは、研究者に既存のワークフローに勝る重要なメリットを提供するように設計されています。

効力と特異性:新規融合タンパク質は、既存のエフェクター以上の高いレベルの転写抑制を誘発します。また、dCas9-KRABに匹敵する特異性を示し、LOF研究のための非常に精密なツールとなっています。

アプリケーションの多様性:このプラットフォームは、hiPSCや初代T細胞などの治療に関連する細胞タイプを含む、多様な遺伝子ターゲットおよび細胞タイプに対して非常に効果的です。

Co-Characterization:dCas9-SALL1-SDS3は、siRNAと直交して使用でき、遺伝子の機能解析のためのさらに堅牢なデータを提供します。

Deep Data:アレイ化スクリーニングワークフローは、プール化スクリーニングよりも詳細で、よりターゲットを絞ったデータを提供します。また、時間を節約し、実行ごとにより多くのデータを提供するハイスループットスクリーニングにも適しています。

ワークフロー効率:sgRNAの作製に必要な時間と労力はsiRNAの発現よりも少なくて済み、時間の節約になり、小規模実験のプラットフォームを効率的に使用できます。

結論

Dharmacon CRISPRiプラットフォームは、遺伝子機能を解読するための改善された機能喪失(loss-of-function: LOF)メソッドです。

Dharmacon CRISPRiプラットフォーム開発の詳細については、The CRISPR Journalのオープンアクセス記事をご覧ください。

CRISPRi試薬はこちらから

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References

  1. Annie Zhang Bargsten, et al. 2020. The First Step To A Successful Crispr Screen: Making The Right Choice Between Arrayed Or Pooled Library. On the Horizon. https://horizondiscovery.com/en/blog/2020/arrayed-vs-pooled-CRISPR-screening
  2. Clarence Mills, et al. 2022. A Novel CRISPR Interference Effector Enabling Functional Gene Characterization with Synthetic Guide RNAs. The CRISPR Journal. Open Access. http://doi.org/10.1089/crispr.2022.0056