複数遺伝子ターゲティングとミスマッチの耐性は、ゲノム全体のプールされたCRISPRスクリーンの分析を混乱させることができます

背景：CRISPR/CAS9システムを使用したゲノム全体の機能喪失スクリーンにより、がん細胞の脆弱性を効率的に発見することができます。いくつかの研究では、コピー数の変化に関連するDNA切断毒性バイアスの修正に焦点を当てていますが、SGRNAがCRISPRスクリーンで複数のゲノム遺伝子座を共同ターゲットする効果は議論されていません。 結果：この作業では、391の癌細胞株からのCRISPR本質的な画面データを分析して、マルチターゲットSGRNAによって誘導されるバイアスを特徴付けます。2つのタイプのマルチターゲットを調査します。完全なシーケンス相補性を通じて予測されるオンターゲットと、最大2つのヌクレオチドのミスマッチでシーケンス相補性を介して予測されるオフターゲットです。オンターゲットとオフターゲットの数は両方とも細胞株固有の方法でSGRNA活性を増加させ、遺伝子ノックアウト効果の既存の添加剤モデルは、共標的遺伝子間で発生する可能性のある遺伝子相互作用の捕捉に失敗することがわかります。パラログ遺伝子間の合成致死を使用して、遺伝的相互作用がマルチターゲットSGRNAから推定される本質スコアにバイアスを導入できることを示します。さらに、単一不一致の耐性SGRNAが遺伝子の本質の分析を混乱させ、誤った共存機能ネットワークにつながる可能性があることを示します。最後に、プロトスペーサー領域にある単一のヌクレオチド多型は、ミスマッチ耐性の結果としてターゲット上の活性を損なう可能性があることがわかりました。 結論：がん細胞依存性の推定に対する多ターゲット効果の影響と、SGRNA-DNA結合におけるミスマッチ耐性によって引き起こされるターゲットオフ効果の影響を示します。

BACKGROUND: Genome-wide loss-of-function screens using the CRISPR/Cas9 system allow the efficient discovery of cancer cell vulnerabilities. While several studies have focused on correcting for DNA cleavage toxicity biases associated with copy number alterations, the effects of sgRNAs co-targeting multiple genomic loci in CRISPR screens have not been discussed. RESULTS: In this work, we analyze CRISPR essentiality screen data from 391 cancer cell lines to characterize biases induced by multi-target sgRNAs. We investigate two types of multi-targets: on-targets predicted through perfect sequence complementarity and off-targets predicted through sequence complementarity with up to two nucleotide mismatches. We find that the number of on-targets and off-targets both increase sgRNA activity in a cell line-specific manner and that existing additive models of gene knockout effects fail at capturing genetic interactions that may occur between co-targeted genes. We use synthetic lethality between paralog genes to show that genetic interactions can introduce biases in essentiality scores estimated from multi-target sgRNAs. We further show that single-mismatch tolerant sgRNAs can confound the analysis of gene essentiality and lead to incorrect co-essentiality functional networks. Lastly, we also find that single nucleotide polymorphisms located in protospacer regions can impair on-target activity as a result of mismatch tolerance. CONCLUSION: We show the impact of multi-target effects on estimating cancer cell dependencies and the impact of off-target effects caused by mismatch tolerance in sgRNA-DNA binding.