新しいソフトウェアツールは、ゲノム編集のより安全な設計のための方法を提供します。

研究者らは、転写体を使用してすべての生物でゲノム編集をより安全に設計する方法を提供するDANGER（Deleterious and ANTicipatable Guides Evaluated by RNA-sequencing）分析というソフトウェアツールを開発しました。 約10年間、研究者はゲノム編集にCRISPR技術を使用してきました。 しかし、CRISPRの使用にはいくつかの課題があります。 リスク分析はこれらの問題を克服し、研究者が参照ゲノムなしでより安全な標的および標的離脱評価を実行できるようにします。 これには、医学、農業、生物学の研究分野に応用できる可能性があります。

彼らの仕事はジャーナルに掲載されます。 生物情報学の発展 2023年8月23日。

ゲノム編集または遺伝子編集は、研究者が生物のゲノムDNAを変更できるようにする技術を意味します。 これらの技術により、研究者はゲノムに遺伝物質を追加、除去、または変更することができます。

CRISPR-Cas9はよく知られた遺伝子編集技術です。 他の同様の技術よりも正確で高速でコストが安いという評判があります。 しかし、CRISPR技術を使用した遺伝子編集にはいくつかの課題があります。 最初の課題は、予期せぬ CRISPR ダイナミクスに起因する表現型や観察可能な効果が定量的に監視されないことです。

第２の課題は、ＣＲＩＳＰＲ技術が一般に参照ゲノムを含む基本的なゲノムデータに依存することである。 参照ゲノムは、研究者にゲノムに関する一般的な情報を提供するテンプレートのようなものです。 不一致のある予期しないシーケンス編集が発生する可能性があります。 これらのオフターゲットサイトは常に予期しないものです。 したがって、研究者は実際のゲノム配列を観察し、潜在的な標的脱離効果を制限する方法が必要です。

ゲノム編集を設計するには、よく特徴付けられたゲノム配列が必要です。 しかし、患者、がん、特徴が明らかにされていない生物のゲノム情報は、不完全な場合が多い」

中嶋香弘、広島大学ゲノム編集イノベーションセンターPtBio共同研究室助教授

研究チームは表現型効果と参照ゲノム依存性問題を解決する方法を考案し始めた。 チームのDANGER分析ソフトウェアはこれらの問題を克服します。 研究チームは、RNA塩基配列分析データでヘッジオン/オフターゲット評価を行うために、ヒト細胞とゼブラフィッシュ脳の遺伝子編集サンプルを使用しました。

チームは、DANGER分析パイプラインが複数の目標を達成することを証明しました。 RNA配列分析データを使用して、ゲノムのmRNA転写領域における潜在的なDNAオンターゲット位置およびオフターゲット位置を検出した。 遺伝子発現変化によって提供される証拠に基づいて有害な非標的部位による表現型効果を評価した。 これは、参照ゲノムなしで遺伝子オントロジー用語レベルで表現型リスクを定量化した。 これらの成功は、さまざまな生物、個人のヒトゲノム、病気、およびウイルスによって生成された非定型ゲノムに対してDANGER分析を実行できることを示しました。

DANGER分析パイプラインは、以下に基づいてゲノムの標的位置と標的位置から外れる位置を識別します。 デノボ RNA配列分析データを用いた転写体アセンブリ転写物には、細胞内のすべての活性遺伝子測定値のコレクションが含まれます。 とともに デノボ 転写体の組み立て、転写体は参照ゲノムの助けなしで組み立てられます。 次に、DANGER分析は有害なオフターゲットを識別します。 これは、野生型サンプルと比較して編集されたサンプルにおける発現のダウンレギュレーションを示すmRNA転写領域の標的外である。 最後に、ソフトウェアは有害な非標的遺伝子オントロジーを使用して表現型リスクを定量化する。 「私たちのDANGER分析は、推定された目標離脱による表現型効果を定量化するための新しいソフトウェアです。 デノボ 広島大学ゲノム編集イノベーションセンターのHidemasa Bono教授は、「参照ゲノムなしで処理されたサンプルのRNA配列決定データから配列を構築できる転写体アセンブリ」と述べた。

今後、チームはDANGER分析を使用して研究を拡大することを期待しています。 Nakamaeは、「私たちは表現型効果を明確にし、ゲノム編集のためのより安全な戦略を確立するために、患者や作物のさまざまなゲノム編集サンプルにソフトウェアを適用します」と述べました。

リスク分析はオープンソースであり、自由に調整可能です。 したがって、このパイプラインのアルゴリズムは、CRISPR-Cas9システムを超えるさまざまなゲノム編集システムを分析するために用途を変えることができます。 ＣＲＩＳＰＲ－Ｃａｓ９特異的オフターゲット採点アルゴリズムを組み込んで、ＣＲＩＳＰＲ－Ｃａｓ９に対するＤＡＮＧＥＲ分析の特異性を高めることも可能である。 チームは、DANGER分析パイプラインがゲノム編集を使用してゲノム研究と産業アプリケーションの範囲を拡大すると信じています。

研究チームには、広島大学で働く中前和樹（Kazuki Nakamae）と、広島大学で働くPtBio Inc.、保野秀馬（Hidemasa Bono）が含まれています。

この研究は、バイオデジタルイノベーションイノベーションセンターの資金提供を受けました。 産学共同創造のためのオープンイノベーションプラットフォーム（COI-NEXT）、日本科学技術庁COI-NEXT（JPMJPF2010）。 日本学術振興会KAKENHI（21K17855）。