Enhancing homology-directed genome editing by catalytically active and inactive CRISPR-Cas9 using asymmetric donor DNA

Cas9 清脆的 基因组编辑 DNA 同源定向修复 引导RNA 计算生物学 生物 基因 DNA修复 遗传学 细胞生物学 化学 同源重组 分子生物学 核苷酸切除修复
作者
Christopher D. Richardson,Graham J. Ray,Mark Dewitt,Gemma Curie,Jacob E. Corn
出处
期刊:Nature Biotechnology [Springer Nature]
卷期号:34 (3): 339-344 被引量:884
标识
DOI:10.1038/nbt.3481
摘要

Targeted genomic manipulation by Cas9 can efficiently generate knockout cells and organisms via error-prone nonhomologous end joining (NHEJ), but the efficiency of precise sequence replacement by homology-directed repair (HDR) is substantially lower. Here we investigate the interaction of Cas9 with target DNA and use our findings to improve HDR efficiency. We show that dissociation of Cas9 from double-stranded DNA (dsDNA) substrates is slow (lifetime ∼6 h) but that, before complete dissociation, Cas9 asymmetrically releases the 3' end of the cleaved DNA strand that is not complementary to the sgRNA (nontarget strand). By rationally designing single-stranded DNA (ssDNA) donors of the optimal length complementary to the strand that is released first, we increase the rate of HDR in human cells when using Cas9 or nickase variants to up to 60%. We also demonstrate HDR rates of up to 0.7% using a catalytically inactive Cas9 mutant (dCas9), which binds DNA without cleaving it.
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