近日，上海科技大学免疫化学研究所、生命科学与技术学院刘佳课题组与免疫化学研究所生物医学大数据平台合作，通过升级sgRNA设计的算法，针对已被质谱鉴定的细胞表面蛋白基因设计sgRNA得到膜蛋白组sgRNA文库（CRISPR-Surfaceome），创建了网上数据库CRISPR-Surfaceome（https://crispr-surfaceome.siais.shanghaitech.edu.cn/home）。相关的成果以“CRISPR-Surfaceome: an online tool for designing highly efficient sgRNAs targeting cell surface proteins“为题，在国际知名杂志Computational and Structural Biotechnology Journal在线发表。
细胞表面蛋白位于细胞膜，介导细胞和外界刺激物的相互作用，约60%疾病治疗靶点为表面蛋白，尤其是大分子药物和细胞治疗的靶点 [1]。研究团队已构建膜蛋白组的CRISPR/sgRNA文库，此前运用膜蛋白组CRISPR筛选去鉴定鼻病毒的膜蛋白宿主因子，并首次鉴定了鼻病毒重要宿主因子OLFML3 [2]。
目前，有很多学术或者商业网站可以帮助设计针对单个基因的sgRNA [3, 4]，但是还没有网上工具可以提供针对特定基因集的sgRNA的设计。CRISPR-Surfaceome网站除了提供单个基因的sgRNA设计，还提供膜蛋白组文库以及全基因组文库sgRNA文库的文件下载，另外也可以提供任意定制的基因集的sgRNA文库下载。
该本研究中，研究团队还加入机器学习的理念去计算sgRNA的on-target和off-target评分并优化了sgRNA的筛选过程，以提高sgRNA的敲除效率 [5, 6]。进一步，研究人员挑选鼻病毒的受体ICAM-1基因评分靠前的10条sgRNA去验证其设计的sgRNA敲除效率。结果显示10条sgRNA均可有效的介导ICAM-1相应基因组位点的突变，突变效率均在80%以上。表型结果也显示这10条sgRNA产生的ICAM-1敲除细胞系均可显著抵抗鼻病毒的感染。表明研究团队设计的sgRNA可以有效敲除目的基因。
免疫化学研究所刘佳课题组助理研究员梅红以及2020级博士研究生顾倩为本文的共同第一作者。刘佳教授和生物医学大数据平台主任蒋立春为共同通讯作者。生物医学大数据平台工程师王玮和刘佳课题组2020级博士研究生孟誉也参与了该项研究。上海科技大学为第一完成单位。该项目得到上海市生物大分子与精准医药前沿科学研究基地、上海市第九人民医院-上海科技大学交叉基金项目和中国博士后基金的支持。
文章链接：
CRISPR-surfaceome: An online tool for designing highly efficient sgRNAs targeting cell surface proteins
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2001037022003063?via%3Dihub
相关文献：
[1]. Bausch-Fluck, D., et al., The in silico human surfaceome. Proc Natl Acad Sci U S A, 2018. 115(46): p. E10988-e10997.
[2]. Mei, H., et al., Surfaceome CRISPR screen identifies OLFML3 as a rhinovirus-inducible IFN antagonist. Genome Biol, 2021. 22(1): p. 297.
[3]. Concordet, J.P. and M. Haeussler, CRISPOR: intuitive guide selection for CRISPR/Cas9 genome editing experiments and screens. Nucleic Acids Res, 2018. 46(W1): p. W242-w245.
[4]. Lei, Y., et al., CRISPR-P: a web tool for synthetic single-guide RNA design of CRISPR-system in plants. Mol Plant, 2014. 7(9): p. 1494-1496.
[5]. Hsu, P.D., et al., DNA targeting specificity of RNA-guided Cas9 nucleases. Nat Biotechnol, 2013. 31(9): p. 827-32.
[6]. Doench, J.G., et al., Optimized sgRNA design to maximize activity and minimize off-target effects of CRISPR-Cas9. Nat Biotechnol, 2016. 34(2): p. 184-191.
