1
|
López-Márquez A, Morín M, Fernández-Peñalver S, Badosa C, Hernández-Delgado A, Natera-de Benito D, Ortez C, Nascimento A, Grinberg D, Balcells S, Roldán M, Moreno-Pelayo MÁ, Jiménez-Mallebrera C. CRISPR/Cas9-Mediated Allele-Specific Disruption of a Dominant COL6A1 Pathogenic Variant Improves Collagen VI Network in Patient Fibroblasts. Int J Mol Sci 2022; 23:ijms23084410. [PMID: 35457228 PMCID: PMC9025481 DOI: 10.3390/ijms23084410] [Citation(s) in RCA: 14] [Impact Index Per Article: 4.7] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/02/2022] [Revised: 04/12/2022] [Accepted: 04/14/2022] [Indexed: 02/04/2023] Open
Abstract
Collagen VI-related disorders are the second most common congenital muscular dystrophies for which no treatments are presently available. They are mostly caused by dominant-negative pathogenic variants in the genes encoding α chains of collagen VI, a heteromeric network forming collagen; for example, the c.877G>A; p.Gly293Arg COL6A1 variant, which alters the proper association of the tetramers to form microfibrils. We tested the potential of CRISPR/Cas9-based genome editing to silence or correct (using a donor template) a mutant allele in the dermal fibroblasts of four individuals bearing the c.877G>A pathogenic variant. Evaluation of gene-edited cells by next-generation sequencing revealed that correction of the mutant allele by homologous-directed repair occurred at a frequency lower than 1%. However, the presence of frameshift variants and others that provoked the silencing of the mutant allele were found in >40% of reads, with no effects on the wild-type allele. This was confirmed by droplet digital PCR with allele-specific probes, which revealed a reduction in the expression of the mutant allele. Finally, immunofluorescence analyses revealed a recovery in the collagen VI extracellular matrix. In summary, we demonstrate that CRISPR/Cas9 gene-edition can specifically reverse the pathogenic effects of a dominant negative variant in COL6A1.
Collapse
Affiliation(s)
- Arístides López-Márquez
- Laboratorio de Investigación Aplicada en Enfermedades Neuromusculares, Unidad de Patología Neuromuscular, Servicio de Neuropediatría, Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain; (C.B.); (A.H.-D.); (D.N.-d.B.); (C.O.); (A.N.); (C.J.-M.)
- Centro de Investigaciones Biomédicas en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Av. Monforte de Lemos 3-5, 28029 Madrid, Spain; (M.M.); (D.G.); (S.B.); (M.Á.M.-P.)
- Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain;
- Correspondence:
| | - Matías Morín
- Centro de Investigaciones Biomédicas en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Av. Monforte de Lemos 3-5, 28029 Madrid, Spain; (M.M.); (D.G.); (S.B.); (M.Á.M.-P.)
- Servicio de Genética, Hospital Universitario Ramón y Cajal, Instituto Ramón y Cajal de Investigación Sanitaria, Ctra. de Colmenar Viejo Km. 9.100, 28034 Madrid, Spain;
| | - Sergio Fernández-Peñalver
- Servicio de Genética, Hospital Universitario Ramón y Cajal, Instituto Ramón y Cajal de Investigación Sanitaria, Ctra. de Colmenar Viejo Km. 9.100, 28034 Madrid, Spain;
| | - Carmen Badosa
- Laboratorio de Investigación Aplicada en Enfermedades Neuromusculares, Unidad de Patología Neuromuscular, Servicio de Neuropediatría, Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain; (C.B.); (A.H.-D.); (D.N.-d.B.); (C.O.); (A.N.); (C.J.-M.)
- Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain;
| | - Alejandro Hernández-Delgado
- Laboratorio de Investigación Aplicada en Enfermedades Neuromusculares, Unidad de Patología Neuromuscular, Servicio de Neuropediatría, Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain; (C.B.); (A.H.-D.); (D.N.-d.B.); (C.O.); (A.N.); (C.J.-M.)
- Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain;
| | - Daniel Natera-de Benito
- Laboratorio de Investigación Aplicada en Enfermedades Neuromusculares, Unidad de Patología Neuromuscular, Servicio de Neuropediatría, Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain; (C.B.); (A.H.-D.); (D.N.-d.B.); (C.O.); (A.N.); (C.J.-M.)
- Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain;
| | - Carlos Ortez
- Laboratorio de Investigación Aplicada en Enfermedades Neuromusculares, Unidad de Patología Neuromuscular, Servicio de Neuropediatría, Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain; (C.B.); (A.H.-D.); (D.N.-d.B.); (C.O.); (A.N.); (C.J.-M.)
- Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain;
| | - Andrés Nascimento
- Laboratorio de Investigación Aplicada en Enfermedades Neuromusculares, Unidad de Patología Neuromuscular, Servicio de Neuropediatría, Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain; (C.B.); (A.H.-D.); (D.N.-d.B.); (C.O.); (A.N.); (C.J.-M.)
- Centro de Investigaciones Biomédicas en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Av. Monforte de Lemos 3-5, 28029 Madrid, Spain; (M.M.); (D.G.); (S.B.); (M.Á.M.-P.)
- Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain;
| | - Daniel Grinberg
- Centro de Investigaciones Biomédicas en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Av. Monforte de Lemos 3-5, 28029 Madrid, Spain; (M.M.); (D.G.); (S.B.); (M.Á.M.-P.)
- Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain;
- Departamento de Genética, Microbiología y Estadística, Facultad de Biología, Institut de Biomedicina de la Universitat de Barcelona (IBUB), Universitat de Barcelona, Av. Diagonal 643, 08028 Barcelona, Spain
| | - Susanna Balcells
- Centro de Investigaciones Biomédicas en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Av. Monforte de Lemos 3-5, 28029 Madrid, Spain; (M.M.); (D.G.); (S.B.); (M.Á.M.-P.)
- Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain;
- Departamento de Genética, Microbiología y Estadística, Facultad de Biología, Institut de Biomedicina de la Universitat de Barcelona (IBUB), Universitat de Barcelona, Av. Diagonal 643, 08028 Barcelona, Spain
| | - Mónica Roldán
- Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain;
- Unidad de Microscopia Confocal e Imagen Celular, Servicio de Medicina Genética y Molecular, Institut Pediàtric de Malalties Rares (IPER), Hospital Sant Joan de Déu, Passeig Sant Joan de Deu, 2, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain
| | - Miguel Ángel Moreno-Pelayo
- Centro de Investigaciones Biomédicas en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Av. Monforte de Lemos 3-5, 28029 Madrid, Spain; (M.M.); (D.G.); (S.B.); (M.Á.M.-P.)
- Servicio de Genética, Hospital Universitario Ramón y Cajal, Instituto Ramón y Cajal de Investigación Sanitaria, Ctra. de Colmenar Viejo Km. 9.100, 28034 Madrid, Spain;
| | - Cecilia Jiménez-Mallebrera
- Laboratorio de Investigación Aplicada en Enfermedades Neuromusculares, Unidad de Patología Neuromuscular, Servicio de Neuropediatría, Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain; (C.B.); (A.H.-D.); (D.N.-d.B.); (C.O.); (A.N.); (C.J.-M.)
- Centro de Investigaciones Biomédicas en Red de Enfermedades Raras (CIBERER), Av. Monforte de Lemos 3-5, 28029 Madrid, Spain; (M.M.); (D.G.); (S.B.); (M.Á.M.-P.)
- Institut de Recerca Sant Joan de Déu, Santa Rosa 39-57, 08950 Esplugues de Llobregat, Spain;
| |
Collapse
|