ホーミング遺伝子ドライブのパフォーマンスが向上した生殖系CAS9プロモーター

Gene Drive Systemsは、スーパーメンデリアの継承を備えたドライブ対立遺伝子を伝播することにより、病原体の伝達を防止したり、ベクター集団を抑制したりする実行可能な戦略になる可能性があります。CRISPRベースのホーミング遺伝子は、CAS9およびGRNAを使用してヘテロ接合体の駆動性対立遺伝子に野生型対立遺伝子を駆動するドライブを駆動します。したがって、高駆動変換速度を生成し、生殖細胞系と初期胚の両方の抵抗対立遺伝子の形成速度を最小限に抑え、体細胞Cas9発現を制限するCas9プロモーターを特定することが望ましい。ショウジョウバエでは、ナノスプロモーターは漏れやすい体性発現を避けますが、母体堆積したCAS9からの胚耐性が高い犠牲を払っています。ドライブ効率を向上させるために、11のショウジョウバエメラノガスター生殖細胞系プロモーターをテストします。最小限の胚耐性でより高い駆動変換効率を達成する人もいますが、体性発現を完全に回避するものはありません。しかし、そのような体性発現は、ハプロール遺伝子をターゲットにした救助ホーミングドライブの検出可能なフィットネスコストを持つことが多いことが多く、体性駆動の変換を示唆しています。4-gRNA抑制ドライブをサポートすると、1つのプロモーターは体性発現からのフィットネスコストによる低ドライブ平衡周波数につながりますが、もう1つはナノを上回り、ケージ集団の抑制が成功します。全体として、これらのCAS9プロモーターはショウジョウバエ種のホーミングドライブに利点を保持しており、他の生物に貴重なホモログを持っている可能性があります。

Gene drive systems could be a viable strategy to prevent pathogen transmission or suppress vector populations by propagating drive alleles with super-Mendelian inheritance. CRISPR-based homing gene drives convert wild type alleles into drive alleles in heterozygotes with Cas9 and gRNA. It is thus desirable to identify Cas9 promoters that yield high drive conversion rates, minimize the formation rate of resistance alleles in both the germline and the early embryo, and limit somatic Cas9 expression. In Drosophila, the nanos promoter avoids leaky somatic expression, but at the cost of high embryo resistance from maternally deposited Cas9. To improve drive efficiency, we test eleven Drosophila melanogaster germline promoters. Some achieve higher drive conversion efficiency with minimal embryo resistance, but none completely avoid somatic expression. However, such somatic expression often does not carry detectable fitness costs for a rescue homing drive targeting a haplolethal gene, suggesting somatic drive conversion. Supporting a 4-gRNA suppression drive, one promoter leads to a low drive equilibrium frequency due to fitness costs from somatic expression, but the other outperforms nanos, resulting in successful suppression of the cage population. Overall, these Cas9 promoters hold advantages for homing drives in Drosophila species and may possess valuable homologs in other organisms.