CRISPR GUARD用短gRNA保护脱靶位点
尽管脱靶是一个重要的安全问题，使用CRISPR-Cas9进行精确的基因组编辑任然是遗传疾病有希望的治疗方法。使用CRISPR-Cas9系统进行基因编辑的主要限制是发生脱靶变异。
长度短于16个核苷酸的gRNA有效地将Cas9募集到基因组中的互补位点，但不让Cas9核酸酶激活。
在这里，我们描述了一种新的方法，CRISPR gRNA辅助减少损伤（CRISPR GUARD），一种旨在通过与无活性Cas9复合物竞争来阻断错配gRNA与脱靶位点结合的方法。这种方法通过协同递送短的gRNA，靶向脱靶位点，与着靶的gRNA竞争，来保护脱靶位点。
无活性复合物由Cas9与短gRNA或者GUARD RNA结合生成，与脱靶位点完全互补；
长度短于16个核苷酸nt的gRNA可以指导Cas9结合，但不支持核酸酶激活。
该方法可适用于使用催化失活的Cas9（dCas9），相关的RNA引导的核酸酶，碱基编辑器或其他序列特异性DNA结合蛋白，以形成占据脱靶基因座的惰性复合物，使其难以接近（图。1）。
CRISPR GUARD可减少脱靶诱变，同时利用Cas9和碱基编辑器，保持靶向编辑的效率。
然而，如果短的向导RNA在脱氨酶激活窗口期内含有胞嘧啶，它们也可以支持碱基编辑。
我们通过体外研究和高通量筛选，探索设计规则和该方法的普遍性，揭示CRISPR-GUARD是一种快速实施的策略，可提高大多数基因组位点的基因组编辑特异性。
我们对比了完全互补的15nt GUARD RNA与固定DNA脱靶模板的错配gRNA的结合动力学, 来检测CRISPR GUARD方法。
利用生物膜层干涉技术BLI检测对比显示，催化活性不活泼的Cas9复合物与GUARD RNA或错配gRNA结合，用GUARD RNA时结合速度降低了29 ± 4%，表明在脱靶位点的竞争是可行的。
为了测试CRISPR GUARD保护DNA的可能性，我们选择了一系列潜在的GUARD RNA设计用于体外Cas9 DNA切割实验。
我们考虑了14nt或15nt的 GUARD RNA长度，或仅具有15nt靶向互补性的全长20nt设计。
GUARD RNA被设计为竞争性分子，着靶gRNA的截短形式，但掺入在脱靶位点发现的错配。
我们又设计了近端GUARD RNA，其结合脱靶位点的侧翼区域，预计降低的序列同源性将减少靶位点上的竞争，但仍然阻断了原型间隔区和原型间隔区相邻基序PAM。
我们将这些设计分别称为竞争性和非竞争性GUARD RNA。
首先，我们确定GUARD RNA不能使用短纯化DNA靶点、通过体外靶向和脱靶切割来控制核酸酶活性。
当与Cas9单独复合时，没有GUARD RNA操控DNA切割。
与VEGFA gRNA复合的Cas9显示出对着靶和脱靶CAVIN4 DNA的强力切割。
然而，添加非竞争性GUARD RNA未能保护脱靶位点。
仅使用15-nt竞争性GUARD RNA观察到显著的保护作用，但着靶切割也受到影响，表明两个位点的竞争。
当存在非常少的错配时，或者当gRNA的错配不能掺入截短的GUARD RNA设计中时，与着靶gRNA的竞争可能特别相关。
参考文献
CRISPR GUARD protects off-target sites from Cas9 nuclease activity using short guide RNAsMatthew A. Coelho, Etienne De Braekeleer, Mike Firth, Michal Bista, Sebastian Lukasiak, Maria Emanuela Cuomo & Benjamin J. M. Taylor
相关阅读