Engineering of Effector Domains for Targeted DNA Methylation with Reduced Off-Target Effects

DNA甲基化 重编程 甲基化 生物 表观基因组 效应器 DNA 表观遗传学 亚硫酸氢盐测序 计算生物学 RNA导向的DNA甲基化 遗传学 基因 细胞生物学 基因表达
作者
Daniel Tobias Hofacker,Julian Broche,Laura Laistner,Sabrina Adam,Pavel Bashtrykov,Albert Jeltsch
出处
期刊:International Journal of Molecular Sciences [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:21 (2): 502-502 被引量:65
标识
DOI:10.3390/ijms21020502
摘要

Epigenome editing is a promising technology, potentially allowing the stable reprogramming of gene expression profiles without alteration of the DNA sequence. Targeted DNA methylation has been successfully documented by many groups for silencing selected genes, but recent publications have raised concerns regarding its specificity. In the current work, we developed new EpiEditors for programmable DNA methylation in cells with a high efficiency and improved specificity. First, we demonstrated that the catalytically deactivated Cas9 protein (dCas9)-SunTag scaffold, which has been used earlier for signal amplification, can be combined with the DNMT3A-DNMT3L single-chain effector domain, allowing for a strong methylation at the target genomic locus. We demonstrated that off-target activity of this system is mainly due to untargeted freely diffusing DNMT3A-DNMT3L subunits. Therefore, we generated several DNMT3A-DNMT3L variants containing mutations in the DNMT3A part, which reduced their endogenous DNA binding. We analyzed the genome-wide DNA methylation of selected variants and confirmed a striking reduction of untargeted methylation, most pronounced for the R887E mutant. For all potential applications of targeted DNA methylation, the efficiency and specificity of the treatment are the key factors. By developing highly active targeted methylation systems with strongly improved specificity, our work contributes to future applications of this approach.
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