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利用杂交 Cas9-Cas12a 平台进行遗传互作作图和外显子分辨率功能基因组学研究。

Genetic interaction mapping and exon-resolution functional genomics with a hybrid Cas9-Cas12a platform.

机构信息

Donnelly Centre, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada.

Department of Molecular Genetics, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada.

出版信息

Nat Biotechnol. 2020 May;38(5):638-648. doi: 10.1038/s41587-020-0437-z. Epub 2020 Mar 16.

DOI:10.1038/s41587-020-0437-z
PMID:32249828
Abstract

Systematic mapping of genetic interactions (GIs) and interrogation of the functions of sizable genomic segments in mammalian cells represent important goals of biomedical research. To advance these goals, we present a CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats)-based screening system for combinatorial genetic manipulation that employs coexpression of CRISPR-associated nucleases 9 and 12a (Cas9 and Cas12a) and machine-learning-optimized libraries of hybrid Cas9-Cas12a guide RNAs. This system, named Cas Hybrid for Multiplexed Editing and screening Applications (CHyMErA), outperforms genetic screens using Cas9 or Cas12a editing alone. Application of CHyMErA to the ablation of mammalian paralog gene pairs reveals extensive GIs and uncovers phenotypes normally masked by functional redundancy. Application of CHyMErA in a chemogenetic interaction screen identifies genes that impact cell growth in response to mTOR pathway inhibition. Moreover, by systematically targeting thousands of alternative splicing events, CHyMErA identifies exons underlying human cell line fitness. CHyMErA thus represents an effective screening approach for GI mapping and the functional analysis of sizable genomic regions, such as alternative exons.

摘要

系统绘制遗传相互作用(GI)图谱并研究哺乳动物细胞中大基因组片段的功能,是生物医学研究的重要目标。为了推进这些目标,我们提出了一种基于 CRISPR(成簇规律间隔短回文重复)的组合遗传操作筛选系统,该系统利用 CRISPR 相关核酸酶 9 和 12a(Cas9 和 Cas12a)的共表达以及经过机器学习优化的杂交 Cas9-Cas12a 向导 RNA 文库。该系统名为 Cas 杂种用于多重编辑和筛选应用(CHyMErA),其性能优于单独使用 Cas9 或 Cas12a 编辑的遗传筛选。在哺乳动物同源基因对的缺失实验中应用 CHyMErA,揭示了广泛的 GI,并揭示了通常被功能冗余掩盖的表型。在化学遗传学相互作用筛选中应用 CHyMErA 可识别影响细胞生长对 mTOR 通路抑制反应的基因。此外,通过系统地靶向数千个可变剪接事件,CHyMErA 确定了人类细胞系适应性的外显子。因此,CHyMErA 是 GI 图谱绘制和大基因组区域(如可变外显子)功能分析的有效筛选方法。

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