刘小乐、张锋CRISPR最新文章

最近，华人女学者、哈佛大学公共卫生学院Dana-Farber癌症研究所刘小乐（X Shirley Liu）以及CRISPR/Cas9技术先驱之一张锋博士，在国际基因组研究权威期刊《Genome Research》发表的一项最新研究中，系统地评估了提高CRISPR筛选中单导向RNA（sgRNA）效率的DNA序列特征，并建立了一个新的序列模型，用于预测CRISPR/Cas9基因敲除实验中的sgRNA效率。

　　

生物通报道：最近，来自哈佛大学医学院Dana-Farber癌症研究院、哈佛大学统计系和麻省理工学院-哈佛大学布罗德研究所的研究人员，在国际基因组研究权威期刊《Genome Research》发表题为“Sequence determinants of improved CRISPR sgRNA design”的学术论文。在这项研究中，该研究小组系统地评估了提高CRISPR筛选中单导向RNA（sgRNA）效率的DNA序列特征，并建立了一个新的序列模型，用于预测CRISPR/Cas9基因敲除实验中的sgRNA效率。

本文通讯作者、哈佛大学医学院Dana-Farber癌症研究院的刘小乐（Shirley X. Liu）博士，青年时代就读于天津南开中学, 1992 年考入北京大学生物系。1994 年转学到美国史密斯女子学院双修生物化学和计算机科学, 三年后以最高拉丁荣誉毕业。2002 年于斯坦福大学取得生物医学信息学博士和计算机科学辅修博士学位后, 被直接聘为哈佛大学终身制助理教授。她目前担任哈佛大学公共卫生学院生物统计与计算生物学系的终身正教授、Dana-Farber 肿瘤研究所功能性癌症表观遗传组学中心主任、和同济大学生物信息学系教授并****讲座教授。研究工作侧重于基因调控机制的生物信息和计算机生物学研究。发表论文多篇，其中19篇在Nature/Cell系列期刊。相关阅读：刘小乐等：分析CRISPR/Cas9敲除的新算法。

麻省理工学院-哈佛大学布罗德研究所的张锋（Feng Zhang）也是本文共同作者之一。张锋博士是近两年大热的CRISPR/Cas9技术先驱之一。2013年，这位80后的年轻华人科学家开发出了可用来编辑DNA、敲除指定基因的CRISPR/Cas系统，自此之后一直致力于推动这一技术走向完美。

CRISPR/Cas9系统已经使哺乳动物体细胞遗传学发生了革命性的改变。采用CRISPR/Cas9介导的基因敲除或dCas9融合介导的抑制/激活（CRISPRi/a）进行全基因组功能性筛选，是发现表型相关基因功能的强大技术。CRISPR/Cas9是来源于细菌获得性免疫、由RNA引导Cas9蛋白对靶向基因进行修饰的技术。利用该技术可在局部实现非同源重组与同源重组，已成为高效的基因敲除工具，是继ZNF、TALENS技术之后的第三代基因敲除技术。除了可实现基因敲除目的之外，还可用来激活基因表达或替代RNAi技术抑制基因表达。专家预见，在未来数年内，这项新的基因组编辑技术将会成为每个分子生物学实验室必备的基因功能研究利器。

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但是，有多项研究报告指出，CRISPR/Cas9存在脱靶的副作用，寻找并设计脱靶效率低的sgRNA就成为关键。然而，在具体的实验过程中，我们也面临着一些问题。无论是针对目的基因来设计少量sgRNA，还是为覆盖基因组来设计sgRNA库，都面临如何选择的难题。

在这项研究中，该研究小组系统地评估了提高CRISPR筛选中单导向RNA（sgRNA）效率的DNA序列特征。利用来自多重设计的信息，研究人员建立了一个新的序列模型，用于预测CRISPR/Cas9基因敲除实验中的sgRNA效率。这一模型证实了已知的序列特点，并提出了新的特征，包括优先选择裂解位点的胞嘧啶。

经过实验验证，该模型可用于sgRNA介导的突变率和蛋白质敲除效率。研究人员在独立的数据集上进行了测试，发现该模型在阳性选择和阴性选择条件下，都取得了显著的效果，且优于现有的模型。

该研究小组还发现，CRISPRi/a的序列偏好与CRISPR/Cas9敲除明显不同，并提出了一种新的模型，预测CRISPRi/a实验中的sgRNA效率。这些结果可有利于基因敲除和CRISPRi/a研究中改良sgRNA的全基因组设计。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Sequence determinants of improved CRISPR sgRNA design
Abstract: The CRISPR/CAS9 system has revolutionized mammalian somatic cell genetics. Genome-wide functional screens employing CRISPR/Cas9-mediated knockout or dCas9 fusion-mediated inhibition/activation (CRISPRi/a) are powerful techniques for discovering phenotype-associated gene function. We systematically assessed the DNA sequence features that contribute to single guide RNA (sgRNA) efficiency in CRISPR-based screens. Leveraging the information from multiple designs, we derived a new sequence model for predicting sgRNA efficiency in CRISPR/Cas9 knockout experiments. Our model confirmed known features, and suggested new features including a preference for cytosine at the cleavage site. The model was experimentally validated for sgRNA-mediated mutation rate and protein knockout efficiency. Tested on independent datasets, the model achieved significant results in both positive and negative selection conditions, and outperformed existing models. We also found that the sequence preference for CRISPRi/a is substantially different from that for CRISPR/Cas9 knockout and propose a new model for predicting sgRNA efficiency in CRISPRi/a experiments. These results facilitate the genome-wide design of improved sgRNA for both knockout and CRISPRi/a studies.