Human genetic diversity alters off-target outcomes of therapeutic gene editing

生物 基因组编辑 遗传学 清脆的 计算生物学 遗传多样性 多样性(政治) 人类遗传变异 进化生物学 基因 人类基因组 基因组 人口 人类学 社会学 人口学
作者
Samuele Cancellieri,Jing Zeng,Linda Yingqi Lin,Manuel Tognon,My Anh Nguyen,Jiecong Lin,Nicola Bombieri,Stacy A. Maitland,Marioara-Felicia Ciuculescu,Varun Katta,Shengdar Q. Tsai,Myriam Armant,Scot A. Wolfe,Rosalba Giugno,Daniel E. Bauer,Luca Pinello
出处
期刊:Nature Genetics [Nature Portfolio]
卷期号:55 (1): 34-43 被引量:104
标识
DOI:10.1038/s41588-022-01257-y
摘要

CRISPR gene editing holds great promise to modify DNA sequences in somatic cells to treat disease. However, standard computational and biochemical methods to predict off-target potential focus on reference genomes. We developed an efficient tool called CRISPRme that considers single-nucleotide polymorphism (SNP) and indel genetic variants to nominate and prioritize off-target sites. We tested the software with a BCL11A enhancer targeting guide RNA (gRNA) showing promise in clinical trials for sickle cell disease and β-thalassemia and found that the top candidate off-target is produced by an allele common in African-ancestry populations (MAF 4.5%) that introduces a protospacer adjacent motif (PAM) sequence. We validated that SpCas9 generates strictly allele-specific indels and pericentric inversions in CD34+ hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs), although high-fidelity Cas9 mitigates this off-target. This report illustrates how genetic variants should be considered as modifiers of gene editing outcomes. We expect that variant-aware off-target assessment will become integral to therapeutic genome editing evaluation and provide a powerful approach for comprehensive off-target nomination.
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