Choosing a Target Sequence for Gene Editing – on sgRNA design

• Autorzy: Chromiak M. , Lupa M.

Warianty tytułu

PL

Wybór sekwencji docelowej dna w edycji genów – rzecz o tworzeniu sgRNA

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The CRISPR-Cas9 system is being widely used for genome engineering in many different biological applications. As a prokaryotic adaptive immunity system, that was originally adapted from the bacterial Type II CRISPR, CRISPR-Cas9 uses a non-coding RNAs. Those RNAs guides Cas9 nuclease, which in turn induce site-specific DNA cleavage at a specific locations in genome. Such mechanism gives an opportunity to create a programmable method for genome editing. The first step in a CRISPR/Cas9 gene engineering experiment is to design a custom single guide RNA (sgRNA). This paper discusses a possible way of organizing data for designing sgRNA using a fast and general-purpose cluster computing system based on MapReduce paradigm.

PL

CRISPR-Cas9 to system powszechnie używany w procesach inżynierii genetycznej. Jako mechanizm adaptacyjnej swoistej odpowiedzi immunologicz-nej pochodzi pierwotnie z bakterii typu drugiego oraz wykorzystuje niekodujące RNA do modyfikacji DNA. Cas9 to enzym, który działając na DNA i RNA doprowadza do ich rozkładu przez rozerwanie wiązań fosfodiestrowych wewnątrz łańcucha kwasu nukleinowego. Cięcia te dzięki istniejącym mechanizmom zostają automatycznie połączone już bez wyciętego fragmentu. W ten sposób działa programowalne narzędzie do edycji genomu. Pierwszym krokiem przy procesie edycji genomu jest zaprojektowanie pojedynczej nici RNA (single guide RNA – sgRNA) i na tym etapie skupia się niniejsza praca. W pracy postanowiono wykorzystać podejście MapReduce do obliczeń związanych z pierwszym etapem funkcjonowania CRISPR/Cas9. Zaproponowano zoptymalizowany sposób organizacji danych wykorzystywanych do projektowania sgRNA na podstawie systemu przetwarzania rozproszonego opartego na paradygmacie MapReduce.

Słowa kluczowe

EN

crispr; gene editing; mapreduce; gRNA; sgRNA; PAM

PL

crispr; edycja genomu; mapreduce; gRNA; sgRNA; PAM

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Studia Informatica
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 38, nr 2
• Strony: 5--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz.

Twórcy

autor

Chromiak M.

• Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie, Instytut Informatyki, ul. Akademicka 9, 20-039 Lublin,

autor

Lupa M.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Geoinformatyki i Informatyki Stosowanej, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Polska

Bibliografia

• 1. Anderson E.M., Haupt A., Schiel J.A., Chou E., Machado H.B., Strezoska Z., Lenger S., McClelland S., Birmingham A., Vermeulen A., van Brabant Smith A.: Sys-tematic analysis of crispr-cas9 mismatch tolerance reveals low levels of off-target activ-ity. Journal of Biotechnology, Vol. 211, 2015, p. 56÷65.
• 2. Barrangou R., Fremaux C., et al.: Crispr provides acquired resistance against viruses in prokaryotes. Science, Vol. 315(5819), 2007, p. 1709÷12.
• 3. Carlson D.F., Fahrenkrug S.C., Hackett P.B.: Targeting DNA with fingers and talens. Molecular Therapy – Nucleic Acids 1, 2012.
• 4. Carroll D.: Genome engineering with zinc-finger nucleases. Genetics, Vol. 188(4), 2011, p. 773÷782, http://www.genetics.org/content/188/4/773.
• 5. Dean J., Ghemawat S.: MapReduce: Simplified data processing on large clusters. Pro-ceedings of the 6th Conference on Symposium on Opearting Systems Design & Imple-mentation, Vol. 6, OSDI'04, USENIX Association, Berkeley, CA, USA 2004, p. 10.
• 6. Fuchs G., Voichek Y., Benjamin S., Gilad S., Amit I., Oren M.: 4sUDRB-seq: measur-ing genome wide transcriptional elongation rates and initiation frequencies within cells. Genome Biology, Vol. 15(5), R69, 2014.
• 7. Moore J.K., Haber J.E.: Cell cycle and genetic requirements of two pathways of non-homologous end-joining repair of double-strand breaks in saccharomyces cerevisiae. Molecular and Cellular Biology, Vol. 16(5), 1996, p. 2164÷73.
• 8. Gagnon J.A., Valen E., et al.: Efficient mutagenesis by Cas9 protein-mediated oligonu-cleotide insertion and large-scale assessment of single-guide RNAs. Plos ONE, 2014.
• 9. Tebas P., Stein D., et al.: Gene editing of CCR5 in autologous CD4 T cells of persons infected with HIV. New England Journal of Medicine, Vol. 370(10), 2014, p. 901÷910.
• 10. Pardo B., Gomez-Gonzales B., Aguilera A.: DNA repair in mammalian cells: DNA double-strand break repair: how to fix a broken relationship. Cellular and Molecular Life Sciences, Vol. 66(6), 2009, p. 1039÷1056.
• 11. Strachan T., Read A.: Human Molecular Genetics 4. Garland Science/Taylor & Francis Group, 2011.
• 12. Thyme S., Akhmetova L., et al.: Internal guide RNA interactions interfere with Cas9-mediated cleavage. Nature Communications, Vol. 7, 2016.
• 13. Lu Y.: PD-1 knockout engineered T cells for metastatic non-small cell lung cancer, https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02793856?term=crispr&rank=4.