يمكن لمنصة استشعار الحمض النووي الريبوزي (RNA) أن تساعد في اكتشاف الأورام وقتلها بشكل انتقائي أو تحرير الجينوم في خلايا معينة

يمكن لمنصة استشعار الحمض النووي الريبوزي (RNA) أن تساعد في اكتشاف الأورام وقتلها بشكل انتقائي أو تحرير الجينوم في خلايا معينة

قام الباحثون في معهد برود التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد ومعهد ماكجفرن لأبحاث الدماغ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتطوير نظام يمكنه التعرف على تسلسل معين من الحمض النووي الريبي (RNA) في الخلايا الحية وإنتاج بروتين مثير للاهتمام استجابةً لذلك. وباستخدام هذه التكنولوجيا، أظهر الفريق كيف يمكنهم تحديد أنواع معينة من الخلايا، واكتشاف وقياس التغيرات في التعبير عن الجينات الفردية، وتتبع حالات النسخ، والتحكم في إنتاج البروتينات المشفرة بواسطة mRNA الاصطناعي.

حتى أن المنصة، التي تسمى أجهزة استشعار ADAR القابلة لإعادة البرمجة، أو RADARS، سمحت للفريق باستهداف وقتل نوع معين من الخلايا. وقال الفريق إن RADARS يمكن أن تساعد الباحثين يومًا ما على اكتشاف الخلايا السرطانية وقتلها بشكل انتقائي أو تحرير الجينوم في خلايا معينة. تظهر الدراسة اليوم في مجلة Nature Biotechnology وقادها المؤلفون المشاركون الأوائل كايي جيانغ (MIT)، وجيريمي كوب (واسع)، وشي تشن (واسع)، وروهان كراجيسكي (MIT)، وييفان تشانغ (واسع).

قال فاي تشين، عضو المعهد الأساسي في برود، وزميل ميركين، والأستاذ المساعد في جامعة هارفارد والمؤلف المشارك للدراسة: "كانت إحدى الثورات في علم الجينوم هي القدرة على تسلسل تسلسل الخلايا". "لقد سمح لنا هذا حقًا بالتعرف على أنواع الخلايا وحالاتها. لكننا في كثير من الأحيان لم نتمكن من التعامل مع هذه الخلايا على وجه التحديد. وتعد الرادارات خطوة كبيرة في هذا الاتجاه."

في الوقت الحالي، من الصعب تطوير وهندسة الأدوات المتوفرة لدينا لاستخدام علامات الخلايا بشكل فعال. لقد أردنا حقًا إيجاد طريقة قابلة للبرمجة لاستشعار حالة الخلية والاستجابة لها.»

عمر أبودية، زميل في معهد ماكغفرن ومؤلف مشارك للدراسة

يقول جوناثان جوتنبرج، وهو أيضًا زميل معهد ماكجفرن ومؤلف مشارك، إن فريقهم كان حريصًا على تطوير أداة للاستفادة من جميع البيانات التي يوفرها تسلسل الحمض النووي الريبي للخلية الواحدة، والذي كشف عن مجموعة واسعة من أنواع الخلايا وحالات الخلايا في الجسم.

وقال: "أردنا أن نسأل كيف يمكننا التعامل مع الهويات الخلوية بطريقة بسيطة مثل تحرير الجينوم باستخدام كريسبر". "ونحن متحمسون لرؤية ما يفعله هذا المجال به."

إعادة استخدام تحرير الحمض النووي الريبي (RNA).

تقوم منصة RADARS بتوليد البروتين المطلوب عندما تتعرف على RNA محدد من خلال الاستفادة من تحرير RNA الذي يحدث بشكل طبيعي في الخلايا.

يتكون النظام من RNA الذي يحتوي على مكونين: منطقة دليل ترتبط بتسلسل RNA المستهدف الذي يريد العلماء التقاطه في الخلايا، ومنطقة الحمولة التي تشفر البروتين المعني، على سبيل المثال. ب. قتل إشارة مضان أو إنزيم الخلية. عندما يرتبط الحمض النووي الريبي الموجه بالحمض النووي الريبي المستهدف، يؤدي ذلك إلى إنشاء تسلسل قصير من الحمض النووي الريبي المزدوج الذي يحتوي على عدم تطابق بين قاعدتين في التسلسل -؛ الأدينوزين (أ) والسيتوزين (ج). يجذب عدم التطابق هذا عائلة مكونة بشكل طبيعي من بروتينات تحرير الحمض النووي الريبي (RNA) تسمى إنزيمات نازعة أمين الأدينوساين العاملة بالحمض النووي الريبي (ADARs).

في RADARS، يظهر عدم تطابق التيار المتردد ضمن "إشارة توقف" في دليل RNA الذي يمنع إنتاج بروتين الحمولة المطلوب. تقوم ADARs بتحرير وإلغاء تنشيط إشارة التوقف، مما يسمح بترجمة هذا البروتين. يعد ترتيب هذه الأحداث الجزيئية أمرًا أساسيًا لوظيفة RADARS كجهاز استشعار؛ يتم إنتاج البروتين محل الاهتمام فقط بعد أن يرتبط دليل RNA بالحمض النووي الريبي المستهدف وتقوم ADARs بإلغاء تنشيط إشارة التوقف.

اختبر الفريق RADARS في أنواع مختلفة من الخلايا وبتسلسلات مستهدفة ومنتجات بروتينية مختلفة. ووجدوا أن RADARS تميز بين خلايا الكلى والرحم والكبد ويمكن أن تنتج إشارات فلورية مختلفة بالإضافة إلى إنزيم الكاسبيز الذي يقتل الخلايا. قامت RADARS أيضًا بقياس التعبير الجيني على نطاق ديناميكي كبير، مما يدل على فائدتها كأجهزة استشعار.

نجحت معظم الأنظمة في التعرف على التسلسل المستهدف باستخدام بروتينات ADAR الأصلية للخلية، لكن الفريق وجد أن تزويد الخلايا ببروتينات ADAR إضافية يزيد من قوة الإشارة. ويقول أبودية إن كلتا الحالتين من المحتمل أن تكونا مفيدتين؛ إن تسخير بروتينات التحرير الأصلية للخلية من شأنه أن يقلل من احتمالية التحرير خارج الهدف في التطبيقات العلاجية، ولكن تكميلها يمكن أن يساعد في إنتاج تأثيرات أكثر فعالية عند استخدام RADARS كأداة بحث في المختبر.

على الرادار

يقول أبوديه وتشين وجوتنبرج إنه نظرًا لقابلية تعديل كل من الحمض النووي الريبوزي الدليلي والحمض النووي الريبوزي للحمولة، يمكن للآخرين بسهولة إعادة تصميم الرادارات لاستهداف أنواع مختلفة من الخلايا وإنتاج إشارات أو حمولات مختلفة. كما قاموا ببناء RADARS أكثر تعقيدًا، حيث أنتجت الخلايا بروتينًا واحدًا عندما شعرت بتسلسلين من الحمض النووي الريبي (RNA) وآخر عندما شعرت إما بتسلسل واحد أو آخر من الحمض النووي الريبي (RNA). ويضيف الفريق أن أجهزة الرادار المماثلة يمكن أن تساعد العلماء على اكتشاف أكثر من نوع واحد من الخلايا في نفس الوقت، بالإضافة إلى الحالات الخلوية المعقدة التي لا يمكن تعريفها بواسطة نسخة واحدة من الحمض النووي الريبي (RNA).

في نهاية المطاف، يأمل الباحثون في تطوير مجموعة من قواعد التصميم لتسهيل على الآخرين تطوير الرادارات لتجاربهم الخاصة. يقترحون أن علماء آخرين يمكنهم استخدام RADAR لمعالجة حالة الخلايا المناعية، وتتبع نشاط الخلايا العصبية استجابة للمنبهات، أو توصيل mRNA العلاجي إلى أنسجة معينة.

وقال تشين: "نعتقد أن هذا نموذج مثير للاهتمام للتحكم في التعبير الجيني". "لا يمكننا حتى التنبؤ بما ستكون عليه أفضل التطبيقات. وهذا يأتي في الحقيقة من مزيج من الأشخاص ذوي علم الأحياء المثير للاهتمام والأدوات التي تطورها."

مصدر:

معهد واسع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد

مرجع:

جيانغ، K.، وآخرون. (2022) تخليق بروتين حقيقي النواة قابل للبرمجة باستخدام أجهزة استشعار الحمض النووي الريبي (RNA) باستخدام ADAR. التكنولوجيا الحيوية الطبيعية. doi.org/10.1038/s41587-022-01534-5.

.