Perturb-seqをはじめとするシングルセルRNA-seq (scRNA-seq)を読み出しとするプール型CRISPRスクリーンは，ノンコーディング領域や遺伝子の機能を包括的かつ高精度で解析可能にした強力な機能ゲノミクスのツールであり、最近は、空間分解能も備えた空間生物学へのツールへと発展しています：
しかし、その実行にあたっては、設計パラメータが多数存在するため、統計的検出力とコストのバランスを取る実験を設計することは、簡単ではありません。現在、この目的には、シミュレーションをベースとして検出力を推定するツールが使われていますが、計算コストが高く、高性能コンピューティング環境が必要です。ペンシルベニア大学Eugene Katsevich助教授が率いる研究チームは今回、摂動と発現の関連性を検出する新たな解析式をベースに開発した設計支援ツール「PerturbPlan」をbioRxiv プレプリントにて紹介しています。
新たな解析式は、Katsevichらが先行研究で開発していた単一細胞CRISPRスクリーニングにおける摂動発現関連性の検証のための最先端ツールであるSCEPTRE [crisp_bio 2021-12-27；crisp_bio 2023-05-21]を近似し、シミュレーションベースのツールによる検出力推定値を再現しつつ、実行時間を最大7桁短縮します [PerturbPlanのワークフローについてはFigure 2から引用した下図参照]。
この高速化により、インタラクティブなシングルセルCRISPRスクリーニング設計が可能になり、ひいては、インタラクティブなWebアプリケーション「PerturbPlan」(https://katsevich-lab-perturbplan.share.connect.posit.cloud）が実現しました。
PerturbPlanは、ゲノムワイドのPerturb-seq [crisp_bio 2020-04-06 ；crisp_bio 2021-12-22/2022-06-10 https://crisp-bio.blog.jp/archives/28201399.html]と標的を絞った"Targeted Perturb-seq（TAP-seq） [crisp_bio 2020-06-07] 摂動シーケンスという2種類のシングルセルCRISPRスクリーニングにおける設計上の疑問点を解決する [Figure 1引用下図の a - d 参照 ]に役立ちます。
PerturbPlan利用の事例として、最近実施された3つのPerturb-seqの設計 [＃1-3]を比較分析して、最適な設計が実験規模の異なる実験間でどのように変化するかを示しました。また、PerturbPlanを用いて、最近実施されたTAP-seq研究 [＃4]と、同じ摂動を解析する仮想的なPerturb-seq研究とのコスト削減効果を定量化し、標的トランスクリプトーム解析と全トランスクリプトーム解析のどちらを選択するかという判断にこのツールがどのように役立つかを示しました。
PerturbPlanは、十分な検出力を持つシングルセルCRISPRスクリーニング実験の柔軟かつインタラクティブな設計を可能にする初のツールであることが、実証されました。
[＃] 引用crisp_bio記事と論文
- crisp_bio 2021-04-08/2023-06-24 プール型CRISPRスクリーンとscRNA-seqによる血液形質遺伝子座の標的遺伝子とパスウエイの発見；Discovery of target genes and pathways at GWAS loci by pooled single-cell CRISPR screens
- CRISPRメモ_2019-01-05 [第1項] プール型CRISPRiとRNA-seqによるエンハンサー・遺伝子ペアのハイスループット・スクリーニング；A Genome-wide Framework for Mapping Gene Regulation via Cellular Genetic Screens.
- crisp_bio 2021-12-22/2022-06-10 ゲノムスケールのPerturb-seqを利用して，遺伝子型と表現型の情報量が豊富な全体像を捉える；Mapping information-rich genotype-phenotype landscapes with genome-scale Perturb-seq.
- bioRxiv 2025-09-17 "An unbiased survey of distal element-gene regulatory interactions with direct-capture targeted Perturb-seq" Judhajeet Ray [..] Jesse M. Engreitz. (preprint).
[出典] "PerturbPlan: An analytical framework for designing Perturb-seq experiments" Ziang Liu (1) [..] Eugene Katsevich (1). bioRxiv. 2026-05-23 (preprint). https://doi.org/10.64898/2026.05.22.727199
- Department of Statistics and Data Science, Wharton School, University of Pennsylvania, Philadelphia, USA
- Department of Genetics, Stanford University School of Medicine, Stanford, California, USA
- Basic Sciences and Engineering Initiative, Betty Irene Moore Children’s Heart Center, Lucile Packard Children’s Hospital, Stanford, California, USA
- The Novo Nordisk Foundation Center for Genomic Mechanisms of Disease, Broad Institute of MIT and Harvard, Cambridge, Massachusetts, USA
- Stanford Genome Technology Center, Palo Alto, CA, USA
- European Molecular Biology Laboratory (EMBL), Genome Biology Unit, Heidelberg, Germany
- Maternal & Child’s Health Research Institute, Stanford University School of Medicine, Stanford, California, USA
- The Gene Regulation Observatory, Broad Institute of MIT and Harvard, Cambridge, Massachusetts, USA
- Stanford Cardiovascular Institute, Stanford University School of Medicine, Stanford, California, USA
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