A high-fidelity Cas9 mutant delivered as a ribonucleoprotein complex enables efficient gene editing in human hematopoietic stem and progenitor cells

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作者
Christopher A. Vakulskas,Daniel P. Dever,Garrett R. Rettig,Rolf Turk,Ashley M. Jacobi,Michael A. Collingwood,Nicole M. Bode,Matthew McNeill,Shuqi Yan,Joab Camarena,Ciaran M. Lee,So Hyun Park,Volker Wiebking,Rasmus O. Bak,Natalia Gomez‐Ospina,Mara Pavel-Dinu,Wenchao Sun,Gang Bao,Matthew H. Porteus,Mark A. Behlke
出处
期刊:Nature Medicine [Nature Portfolio]
卷期号:24 (8): 1216-1224 被引量:695
标识
DOI:10.1038/s41591-018-0137-0
摘要

Translation of the CRISPR–Cas9 system to human therapeutics holds high promise. However, specificity remains a concern especially when modifying stem cell populations. We show that existing rationally engineered Cas9 high-fidelity variants have reduced on-target activity when using the therapeutically relevant ribonucleoprotein (RNP) delivery method. Therefore, we devised an unbiased bacterial screen to isolate variants that retain activity in the RNP format. Introduction of a single point mutation, p.R691A, in Cas9 (high-fidelity (HiFi) Cas9) retained the high on-target activity of Cas9 while reducing off-target editing. HiFi Cas9 induces robust AAV6-mediated gene targeting at five therapeutically relevant loci (HBB, IL2RG, CCR5, HEXB, and TRAC) in human CD34+ hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) as well as primary T cells. We also show that HiFi Cas9 mediates high-level correction of the sickle cell disease (SCD)-causing p.E6V mutation in HSPCs derived from patients with SCD. We anticipate that HiFi Cas9 will have wide utility for both basic science and therapeutic genome-editing applications. A bacterial screen yields a Cas9 variant that retains high on-target activity when delivered in the RNP format. As proof of principle, this Cas9 variant enables high-level correction of the sickle cell disease mutation in patient-derived HSPCs.
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