ベースエディターからオフターゲットのゲノム変化を検出するためのより良い方法

科学者や医師は、セント・ジュード小児研究病院が本日公開した新しい方法を使用して、精密なゲノム編集技術をより適切に評価できるようになります。 CRISPR 遺伝子編集技術の改善に多大な時間とリソースが費やされ、安全上のリスクを引き起こす小さなオフターゲット部位の特定に重点が置かれていますが、これは技術的にも困難です。

セント・ジュードの研究者らは、こうしたオフターゲット編集を見つけるための、公平で高感度でリソース効率の高い方法である、シーケンシングベースエディターによるヌクレアーゼゲノム全体への影響の高スループット分析のための循環化（CHANGE-seq-BE）を作成することで、この問題に対処しました。従来のアプローチを上回るパフォーマンスを発揮し、すでに臨床業務のサポートに使用されています。このテクニックが公開されたのは、 ネイチャーバイオテクノロジー。

従来のゲノム編集技術は CRISPR-Cas9 を使用してゲノムから DNA の小さなセグメントを切り出しますが、科学者は個々の DNA 塩基対を見つけて置換できる塩基エディターなど、より正確なバージョンの開発を続けています。

「私たちは、CRISPR 精密ゲノムエディターの重要なクラスである塩基エディターを科学者がより深く理解できるようにするために CHANGE-seq-BE を開発しました」と責任著者であるセント ジュード血液科の Shengdar Tsai 博士は述べています。 「これは、ベースエディターのグローバルな活動を理解するためのシンプルかつ合理的な方法であり、研究者が非常に特異的でアクティブなエディターを選択し、研究や治療のターゲットの組み合わせを選択できるようになります。」

CHANGE-seq-BE は臨床研究を支援するためにすでに採用されています。本日発表された論文には、CD40L 欠損 X 連鎖ハイパー IgM (X-HIGM) 症候群を治療するベースエディターについて食品医薬品局 (FDA) に緊急申請したケーススタディが含まれています。 X-HIGM は遺伝的免疫疾患であり、塩基編集によって修正できる可能性があります。 CHANGE-seq-BE は、使用したベースエディターから 95.4% のオンターゲット特異性を確認でき、重大なオフターゲット活性はなく、患者の治療を進めるのに役立つ貴重な安全性データを提供しました。

「患者を迅速に治療するというFDAへの緊急要請をサポートするための、非常にエキサイティングなアプリケーションでした」とTsai氏は語った。 「この方法により、これらの編集者がゲノム内で何をしているのかを迅速に理解できるようになり、有望な有効かつ特異的な治療法の進歩にどのように役立つかを例示しています。」

効率と偏りのないアプローチを組み合わせることで、より良い結果が得られます

ツァイ氏の研究室が CHANGE-seq-BE を作成したのは、ベース編集者の安全性を評価する従来の方法では、包括的な対象範囲とリソースの効率的な使用のどちらかを選択する必要があったためです。塩基編集のオフターゲット活性を偏りのない方法で包括的に見つけるための一部の技術では、全ゲノム配列決定が必要ですが、法外に高価で時間がかかる可能性があります。

あるいは、一部の手法では、オフターゲットの疑いのあるものを事前に選択して、シーケンス処理の実行を減らし、リソースを節約しますが、これらの偏った手法では、予期しないオフターゲットの編集を検出することはできません。セント ジュードの科学者は、両方のアプローチの長所を取り込む、つまりリソース効率の高い包括的なソリューションを実現するために CHANGE-seq-BE を設計しました。

そのために、CHANGE-seq-BE はゲノム全体から開始しますが、科学者はゲノムをすぐに配列決定する代わりに、ゲノムを小さな DNA サークルに分割します。次に、それらのサークルを取得し、テスト対象の基本エディターに公開します。

その後、塩基編集が行われたかどうかを検出する特別な酵素で DNA を処理し、塩基編集の証拠のある DNA サークルだけを直鎖状に開きます。次に、DNA の直鎖が選択的に配列決定され、競合する技術よりもはるかに少ないリソースで済みます。彼らは、両方の主要なタイプの塩基エディター (アデニンおよびシトシン塩基エディター) に対してそれを最適化しました。

この方法を開発した後、科学者たちは、それが本当に従来のアプローチよりも包括的でリソース効率が高いかどうかを知りたかったため、それらを直接テストしました。

「他の方法と直接比較したところ、CHANGE-seq-BE は、それらの方法で指定されたほぼすべてのサイトと、CHANGE-seq-BE が独占的に検出できた多くのサイトを発見しました」と Tsai 氏は述べました。 「我々は、シーケンシングリードの約 5% のみを使用しながら、この偏りのないアプローチの方が感度が高いことを示しました。」

この手法の感度、使いやすさ、リソースの効率的な利用を考慮して、他の企業もすでにこの手法を採用し始めています。 CHANGE-seq-BE を可能にするための完全な実験プロトコルとソフトウェアが研究で説明されており、これによりこの採用が可能になります。たとえば、論文で報告されている臨床応用に加えて、セントジュード大学などの臨床試験では、安全性と効率の評価ツールとしてこの技術を使用して計画にこの技術が組み込まれています。

CHANGE-seq-BE は最近、初の患者固有の in vivo ゲノム編集治療の特徴を明らかにするためにも使用されました。塩基編集を研究している基礎研究機関も、プロセスの初期段階でオフターゲットをテストするためにこれを使用し始めており、既存のスクリーニングよりも追求すべき最も有望なアプローチをより適切に特定しています。これらの早期採用者は、研究者にも臨床医にも同様にこの技術の魅力を示し、塩基編集の将来を前進させるというその約束を示しています。

「私たちは、これらの治療法を開発している人々が、最も潜在的な活性と特異性が最も高いベースエディターを迅速に理解し、見つけることができるようにしました」とTsai氏は述べました。 「CHANGE-seq-BEのような手法によって、より多くのゲノム編集療法が開発され、それを必要とする患者に届けられることを願っています。」