Many biological processes, such as cancer metastasis, organismal development, and acquisition of resistance to cytotoxic therapy, rely on the emergence of rare sub-clones from a larger population. Understanding how the genetic and epigenetic features of diverse clones affect clonal fitness provides insight into molecular mechanisms underlying selective processes. While large-scale barcoding with NGS readout has facilitated cellular fitness assessment at the population level, this approach does not support characterization of clones prior to selection. Single-cell genomics methods provide high biological resolution, but are challenging to scale across large populations to probe rare clones and are destructive, limiting further functional analysis of important clones. Here, we develop CloneSifter, a methodology for tracking and enriching rare clones throughout their response to selection. CloneSifter utilizes a CRISPR sgRNA-barcode library that facilitates the isolation of viable cells from specific clones within the barcoded population using a sequence-specific retrieval reporter. We demonstrate that CloneSifter can measure clonal fitness of cancer cell models in vitro and retrieve targeted clones at abundance as low as 1 in 1883 in a heterogeneous cell population. CloneSifter provides a means to track and access specific and rare clones of interest across dynamic changes in population structure to comprehensively explore the basis of these changes.

中文翻译：

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CloneSifter：从异质细胞群中富集稀有克隆

许多生物过程，例如癌症转移、生物体发育和获得对细胞毒性治疗的抗性，都依赖于来自更大人群的稀有亚克隆的出现。了解不同克隆的遗传和表观遗传特征如何影响克隆适应性可以深入了解选择过程的分子机制。虽然使用 NGS 读出的大规模条形码促进了群体水平的细胞健康评估，但这种方法不支持在选择之前对克隆进行表征。单细胞基因组学方法提供了很高的生物学分辨率，但在大规模群体中扩展以探测稀有克隆具有挑战性，并且具有破坏性，限制了对重要克隆的进一步功能分析。在这里，我们开发 CloneSifter，一种在稀有克隆响应选择过程中跟踪和丰富它们的方法。CloneSifter 利用 CRISPR sgRNA 条形码库，使用序列特定的检索报告器促进从条形码化群体中的特定克隆中分离活细胞。我们证明 CloneSifter 可以在体外测量癌细胞模型的克隆适应性，并在异质细胞群中检索丰度低至 1 分之一的靶向克隆。CloneSifter 提供了一种在种群结构的动态变化中跟踪和访问感兴趣的特定和稀有克隆的方法，以全面探索这些变化的基础。CloneSifter 利用 CRISPR sgRNA 条形码库，使用序列特定的检索报告器促进从条形码化群体中的特定克隆中分离活细胞。我们证明 CloneSifter 可以在体外测量癌细胞模型的克隆适应性，并在异质细胞群中检索丰度低至 1 分之一的靶向克隆。CloneSifter 提供了一种在种群结构的动态变化中跟踪和访问感兴趣的特定和稀有克隆的方法，以全面探索这些变化的基础。CloneSifter 利用 CRISPR sgRNA 条形码库，使用序列特定的检索报告器促进从条形码化群体中的特定克隆中分离活细胞。我们证明 CloneSifter 可以在体外测量癌细胞模型的克隆适应性，并在异质细胞群中检索丰度低至 1 分之一的靶向克隆。CloneSifter 提供了一种在种群结构的动态变化中跟踪和访问感兴趣的特定和稀有克隆的方法，以全面探索这些变化的基础。