Genome editing with the CRISPR-Cas9 system has enabled unprecedented efficacy for reverse genetics and gene correction approaches. While off-target effects have been successfully tackled, the effort to eliminate variability in sgRNA efficacies-which affect experimental sensitivity-is in its infancy. To address this issue, studies have analyzed the molecular features of highly active sgRNAs, but independent cross-validation is lacking. Utilizing fluorescent reporter knock-out assays with verification at selected endogenous loci, we experimentally quantified the target efficacies of 430 sgRNAs. Based on this dataset we tested the predictive value of five recently-established prediction algorithms. Our analysis revealed a moderate correlation (r = 0.04 to r = 0.20) between the predicted and measured activity of the sgRNAs, and modest concordance between the different algorithms. We uncovered a strong PAM-distal GC-content-dependent activity, which enabled the exclusion of inactive sgRNAs. By deriving nine additional predictive features we generated a linear model-based discrete system for the efficient selection (r = 0.4) of effective sgRNAs (CRISPRater). We proved our algorithms' efficacy on small and large external datasets, and provide a versatile combined on- and off-target sgRNA scanning platform. Altogether, our study highlights current issues and efforts in sgRNA efficacy prediction, and provides an easily-applicable discrete system for selecting efficient sgRNAs.

Abstract Aneuploidy is a hallmark of cancer, but its complex nature limits our understanding of how it drives oncogenesis. Gain of chromosome 21 (Hsa21) is among the most frequent aneuploidies in leukemia and is associated with markedly increased leukemia risk. Here, we propose that disequilibrium of the RUNX1 isoforms is key to the pathogenesis of trisomy 21 (i.e. Down syndrome)-associated myeloid leukemia (ML-DS). Hsa21-focused CRISPR-Cas9 screens uncovered a strong and specific RUNX1 dependency in ML-DS. Mechanistic studies revealed that excess of RUNX1A isoform – as seen in ML-DS patients – synergized with the pathognomonic Gata1s mutation in leukemogenesis by displacing RUNX1C from its endogenous binding sites and inducing oncogenic programs in complex with the MYC cofactor MAX. These effects were reversed by restoring the RUNX1A:RUNX1C equilibrium or pharmacological interference with MYC:MAX dimerization. Our study highlights the importance of alternative splicing in leukemogenesis, even on a background of aneuploidies, and opens new avenues for developing specific and targeted therapies. Graphical Abstract

Abstract Given the plasticity of hematopoietic stem/progenitor cells, multiple routes of differentiation must be blocked during acute myeloid leukemia pathogenesis – the molecular basis of which is incompletely understood. Here we report that post-transcriptional repression of transcription factor ARID3A by miR-125b is a key event in megakaryoblastic leukemia (AMKL) pathogenesis. AMKL is frequently associated with trisomy 21 and GATA1 mutations (GATA1s), and children with Down syndrome are at a high risk of developing this disease. We show that chromosome 21-encoded miR-125b synergizes with Gata1s to drive leukemogenesis in this context. Leveraging forward and reverse genetics, we uncover Arid3a as the main miR-125b target underlying this synergy. We demonstrate that during normal hematopoiesis this transcription factor promotes megakaryocytic differentiation in concert with GATA1 and mediates TGFβ-induced apoptosis and cell cycle arrest in complex with SMAD2/3. While Gata1s mutations perturb erythroid differentiation and induce hyperproliferation of megakaryocytic progenitors, intact ARID3A expression assures their megakaryocytic differentiation and growth restriction. Upon knockdown, these tumor suppressive functions are revoked, causing a dual megakaryocytic/erythroid differentiation blockade and subsequently AMKL. Inversely, restoring ARID3A expression relieves the megakaryocytic differentiation arrest in AMKL patient-derived xenografts. This work illustrates how mutations in lineage-determining transcription factors and perturbation of post-transcriptional gene regulation interplay to block multiple routes of hematopoietic differentiation and cause leukemia. Surmounting this differentiation blockade in megakaryoblastic leukemia by restoring the tumor suppressor ARID3A represents a promising strategy for treating this lethal pediatric disease. Key points Repression of megakaryocytic transcription factor ARID3A by miR-125b synergizes with GATA1s to induce leukemia Restoring ARID3A expression relieves megakaryocytic differentiation arrest in megakaryoblastic leukemia Graphical abstract

Hepatitis C virus (HCV) infection causes ~290,000 annual human deaths despite the highly effective antiviral treatment available. Several viral immune evasion mechanisms have hampered the development of an effective vaccine against HCV, among them the remarkable conformational flexibility within neutralization epitopes in the HCV antigens. Here, we report the design of epitope-focused immunogens displaying two distinct HCV cross-neutralization epitopes. We show that these immunogens induce a pronounced, broadly neutralizing antibody response in laboratory and transgenic human antibody mice. Monoclonal human antibodies isolated from immunized human antibody mice specifically recognized the grafted epitopes and neutralized four diverse HCV strains. Our results highlight a promising strategy for developing HCV immunogens and provide an encouraging paradigm for targeting structurally flexible epitopes to improve the induction of neutralizing antibodies.