用单等位基因分辨突变分类工具ICP来解读CRISPR/Cas9引起的DSB修复事件

加州大学圣地亚哥分校的研究人员开发了一种新的遗传分析工具，用于测试和分析基于CRISPR的DNA修复结果的潜在机制，以帮助跟踪目标突变编辑以及它们从一代遗传到下一代的方式。

　　

自十多年前取得突破性进展以来，CRISPR已经在广泛的领域彻底改变了DNA编辑。现在，科学家们正在将这项技术的巨大潜力应用于人类健康和疾病，瞄准治疗癌症、血液疾病和糖尿病等一系列疾病的新疗法。在这些治疗方法中，患者注射经过CRISPR处理的细胞或包装好的CRISPR组件，目的是通过精确的基因编辑来修复患病细胞的遗传信息。然而，尽管CRISPR作为下一代治疗工具显示出巨大的前景，但该技术的编辑仍然不完美。基于CRISPR的基因疗法可能会脱靶，对部分基因组造成意外但有害的“旁观者”编辑，有时会导致新的癌症或其他疾病。

需要新一代的解决方案来帮助科学家解开CRISPR靶向和脱靶编辑背后复杂的生物动力学。但这种新工具的前景令人望而生畏，因为复杂的身体组织具有数千种不同的细胞类型，CRISPR编辑可以依赖于许多不同的生物途径。

加州大学圣地亚哥分校的博士后学者 Zhiqian Li、Ethan Bier教授和他们的同事开发了一种新的遗传分析工具，用于测试和分析基于CRISPR的DNA修复结果的潜在机制，以帮助跟踪目标突变编辑以及它们从一代遗传到下一代的方式。基于前加州大学圣地亚哥分校研究员David Kosman提出的概念，这个Integrated Classifier Pipeline，ICP工具可以揭示由CRISPR编辑引起的特定类别的突变，文章发表在《Nature Communications》杂志上。

加州大学圣地亚哥分校生物科学学院教授Ethan Bier表示：ICP系统可以清楚地确定一个特定的昆虫个体是否从它们的母亲或父亲那里继承了CRISPR机制的特定遗传成分，因为母亲和父亲的传播会导致完全不同的指纹。ICP可以帮助解开在确定CRISPR背后机制时出现的复杂生物学问题。虽然ICP是在昆虫中开发的，但它提供了遗传物质如何遗传的“指纹”，使科学家能够跟踪突变编辑的来源，以及潜在问题编辑产生的相关风险。它在人类应用方面具有巨大的潜力。

该研究的第一作者Li说:“在基因治疗后或肿瘤进展期间，ICP在分析和跟踪CRISPR编辑结果方面有许多平行应用。”“这种变革性的灵活分析平台有许多可能的有效用途，可以确保安全应用尖端的下一代健康技术。”“CRISPR编辑系统的准确率可以超过90%，”Bier说，“但由于它一次又一次地编辑，最终会犯错误。最重要的是，ICP系统可以给你一个非常高分辨率的图片，告诉你哪里可能出错。”

ICP还为追踪基因驱动系统的代际遗传提供了帮助，基因驱动系统是一种新技术，旨在将CRISPR编辑传播到诸如阻止疟疾传播和保护农作物免受虫害破坏等应用中。例如，研究人员可以从正在进行基因驱动测试的领域中选择一只蚊子，并使用ICP分析来确定该个体是否从其母本或父本那里遗传了遗传结构，以及它是否遗传了缺乏该遗传元素的定义可见标记的缺陷元素。

文章摘要

DNA双链断裂(DSBs)是由一个层次调控的修复通路网络来修复的。影响特定修复途径选择的因素仍不清楚。作者开发了一个集成分类管道(ICP)来分解和分类复杂多细胞昆虫基因组靶点上CRISPR/Cas9产生的突变。ICP输出突变等位基因的图形排序分类，以可视化从不同目标位点和CRISPR组件的替代遗传模式产生的区分DSB修复指纹。作者在个体生物中发现了高度可重复的谱系特异性突变指纹，以及在早期快速有丝分裂细胞周期中微同源介导的末端连接(MMEJ)或插入事件占主导地位的发育过程，转换为非同源末端连接(NHEJ)等位基因的不同亚群，然后转换为基于同源定向修复(HDR)的基因转换。这些修复特征使动态群体中的特定突变能够无标记跟踪，包括同一样本中的NHEJ和HDR事件，从而深入分析各种基因编辑事件。详细原理请参考原文。