Modulating mutational outcomes and improving precise gene editing at CRISPR-Cas9-induced breaks by chemical inhibition of end-joining pathways

清脆的 基因组编辑 Cas9 非同源性末端接合 生物 同源定向修复 基因 遗传学 基因组工程 计算生物学 DNA DNA修复 聚合酶 核苷酸切除修复
作者
Joost Schimmel,Núria Muñoz-Subirana,Hanneke Kool,Robin van Schendel,Sven van der Vlies,Juliette A. Kamp,Femke M. S. de Vrij,Steven A. Kushner,Graeme C.M. Smith,Simon J. Boulton,Marcel Tijsterman
出处
期刊:Cell Reports [Cell Press]
卷期号:42 (2): 112019-112019 被引量:74
标识
DOI:10.1016/j.celrep.2023.112019
摘要

Gene editing through repair of CRISPR-Cas9-induced chromosomal breaks offers a means to correct a wide range of genetic defects. Directing repair to produce desirable outcomes by modulating DNA repair pathways holds considerable promise to increase the efficiency of genome engineering. Here, we show that inhibition of non-homologous end joining (NHEJ) or polymerase theta-mediated end joining (TMEJ) can be exploited to alter the mutational outcomes of CRISPR-Cas9. We show robust inhibition of TMEJ activity at CRISPR-Cas9-induced double-strand breaks (DSBs) using ART558, a potent polymerase theta (Polϴ) inhibitor. Using targeted sequencing, we show that ART558 suppresses the formation of microhomology-driven deletions in favor of NHEJ-specific outcomes. Conversely, NHEJ deficiency triggers the formation of large kb-sized deletions, which we show are the products of mutagenic TMEJ. Finally, we show that combined chemical inhibition of TMEJ and NHEJ increases the efficiency of homology-driven repair (HDR)-mediated precise gene editing. Our work reports a robust strategy to improve the fidelity and safety of genome engineering.
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