CRISPR Cas9系统的靶向特异性由gRNA 5'末端的20个核苷酸序列决定。 对于化脓性链球菌CRISPRCas9系统，所需的靶序列必须紧接在5'-NGG PAM基序（间隔子相邻基序）之前，因此设计的序列为“20N+NGG3”。 gRNA通过互补碱基配对将Cas9核酸酶引导至靶序列，并且Cas9核酸酶使PAM序列上游〜3个核苷酸处双链DNA断裂（图2）

由于一些启动子可以限制靶点选择和gRNA设计，因此选择合适的启动子驱动gRNA表达是必要的。 例如，依赖于RNA聚合酶III的U6启动子或T7启动子分别在RNA序列的5'端需要G或GG来启动转录。 因此，如果U6或T7启动子用于酿脓链球菌CRISPR系统中，那么靶序列分别限于下列形式：GN16-19NGG或GGN15-18NGG。 然而，通过将额外的G或GG添加到20个碱基对序列的5'末端（图3），可以绕过这个限制。

✩在设计gRNA的20个碱基对的引导序列时，应考虑以下三点：

1）GC含量：典型的范围在GC含量为40％-80％之间，其中GC含量较高的RNA更容易造成脱靶;

2）长度：长度可以调节，范围从17-24碱基对，较短的序列导致最小的脱靶效应；

3）避免gRNA的潜在脱靶位点。

✩gRNA与靶位点之间的错配耐受性可导致CRISPR Cas9系统的脱靶效应，并且通常其发生取决于以下因素：

①.脱靶效应与gRNA的序列，其中一些gRNA对错配的耐受性比其它gRNA更小。

②.引入细胞的Cas9和gRNA之间的比例和比率也影响脱靶效应，小心地滴定Cas9和gRNA可以降低这些效应。

③. 通过非同源末端连接（NHEJ）途径进行基因沉默时，靶点需更接近于蛋白质编码区的N'端以产生最大的基因破坏。

④.基因组DNA的编码链和非编码链都可以被靶向，因为它们在产生突变方面同样有效。

⑤如果基因组编辑需要同源性定向修复（HDR），则目标位点的选择受到期望的插入位置的限制。

在设计gRNA时，需要认真考虑上面列出的各种要求。精心设计的gRNA将会产生更高的编辑效率和最小化脱靶效应。

3. 特殊的设计原则

当使用成对的Cas9切口酶诱导的双链断裂时需要进一步考虑。注意以下几点很重要（图4）：

ⅰ.理想情况下，切割时需要产生5'悬垂链。

ⅱ.两个gRNA之间的距离不超过20个碱基。

ⅲ.两个gRNA需要在相反链上设计靶序列。 请注意，PAM序列需要在目标序列的上游。

在设计了两种gRNA之后，它们可以以1：1的比例混合，并与Cas9 Nickase一起转染的细胞中。

4 .gRNA设计工具

有许多工具可以帮助我们设计gRNA的过程。在这里，我们将重点介绍两个这样的工具：Chop Chop Harvard和CRISPR Design。

Chop Chop Harvard

将一段感兴趣基因序列或登录号码输入到Chop Harop Harvard（图5），软件分析序列并鉴定紧接着PAM序列（5'-NGG）的所有可能的20bp序列。然后根据预先设定的代码对GC进行评分，该代码查看GC含量和潜在脱靶位点，并将它们从最佳得分排列到最低得分。有关特定gRNA的更多信息，只需在gRNA序列上单击即可。这将打开显示该特定gRNA的潜在脱靶位点的页面，甚至提供可用于通过SURVEYOR测定来筛选这些脱靶位点潜在突变的引物序列。

CRISPR Design

使用CRISPR Design的主要优势在于能够提供所有潜在gRNA的脱靶目标的详细信息。 它使每一个gRNA序列都发生了突变，并提供了关于其脱靶位置和与设计的gRNA错配数目的详细报告。 当设计两个gRNAs用于配对的内切酶活性时，该软件也是优越的，因为它会自动发现两个彼此靠近的gRNA。然而，这个软件的主要缺点是它一次只能分析500个碱基对的序列。 因此，我们建议使用Chop Chop Harvard选择潜在的gRNA序列，然后推荐进一步的分析用CRISPR Design工具。（来源赛诚生物）返回搜狐，查看更多