РНК-чувствителната платформа може да помогне за откриване и селективно убиване на тумори или редактиране на генома в специфични клетки

РНК-чувствителната платформа може да помогне за откриване и селективно убиване на тумори или редактиране на генома в специфични клетки

Изследователи от Широкия институт на Масачузетския технологичен институт и Харвард и Института за изследване на мозъка Макгавърн в Масачузетския технологичен институт са разработили система, която може да разпознае специфична РНК последователност в живи клетки и да произведе интересен протеин в отговор. Използвайки технологията, екипът демонстрира как може да идентифицира специфични типове клетки, да открива и измерва промените в експресията на отделни гени, да проследява транскрипционните състояния и да контролира производството на протеини, кодирани от синтетична иРНК.

Платформата, наречена Reprogrammable ADAR Sensors или RADARS, дори позволи на екипа да се насочи и убие определен тип клетка. Екипът каза, че RADARS може един ден да помогне на изследователите да открият и селективно убият туморни клетки или да редактират генома в специфични клетки. Проучването се появява днес в Nature Biotechnology и е ръководено от съавторите Kaiyi Jiang (MIT), Джеръми Кооб (Broad), Xi Chen (Broad), Рохан Краески (MIT) и Yifan Zhang (Broad).

„Една от революциите в геномиката е способността да се секвенират транскриптомите на клетките“, каза Фей Чен, член на Основния институт в Broad, Merkin Fellow, асистент в Харвардския университет и съавтор на изследването. „Това наистина ни позволи да научим за видовете и състоянията на клетките. Но често не успяхме да манипулираме конкретно тези клетки. RADARS е голяма стъпка в тази посока.“

В момента инструментите, с които разполагаме, за да използваме ефективно клетъчни маркери, са трудни за разработване и инженерство. Наистина искахме да намерим програмируем начин да усетим състоянието на клетката и да реагираме на него.

Омар Абудайе, сътрудник в Института Макгавърн и съавтор на изследването

Джонатан Гутенберг, който също е сътрудник на Института Макгавърн и автор-кореспондент, казва, че екипът им е искал да разработи инструмент, който да се възползва от всички данни, предоставени от едноклетъчно РНК секвениране, което разкрива широк спектър от типове клетки и клетъчни състояния в тялото.

„Искахме да попитаме как можем да манипулираме клетъчните идентичности по начин, който е толкова прост, колкото редактирането на генома с CRISPR“, каза той. „И ние сме развълнувани да видим какво прави полето с него.“

Повторно предназначение за редактиране на РНК

Платформата RADARS генерира желан протеин, когато разпознае специфична РНК, като се възползва от редактирането на РНК, което се случва естествено в клетките.

Системата се състои от РНК, която съдържа два компонента: насочващ регион, който се свързва с целевата РНК последователност, която учените искат да уловят в клетките, и полезен регион, който кодира интересуващия ни протеин, напр. B. унищожаване на флуоресцентен сигнал или клетъчен ензим. Когато водещата РНК се свърже с целевата РНК, това създава къса двойноверижна РНК последователност, която съдържа несъответствие между две бази в последователността -; Аденозин (А) и цитозин (С). Това несъответствие привлича естествено срещащо се семейство протеини за редактиране на РНК, наречени РНК-действащи аденозин деаминази (ADAR).

В RADARS несъответствието на AC се появява в рамките на „стоп сигнал“ в направляващата РНК, който предотвратява производството на желания полезен протеин. ADARs редактират и деактивират стоп сигнала, позволявайки превод на този протеин. Редът на тези молекулярни събития е ключов за функцията на RADARS като сензор; Протеинът, който представлява интерес, се произвежда само след като направляващата РНК се свърже с целевата РНК и ADARs деактивират стоп сигнала.

Екипът тества RADARS в различни типове клетки и с различни целеви последователности и протеинови продукти. Те откриха, че RADARS разграничават клетките на бъбреците, матката и черния дроб и могат да произвеждат различни флуоресцентни сигнали, както и каспаза, ензим, който убива клетките. RADARS също измерва генната експресия в широк динамичен диапазон, демонстрирайки тяхната полезност като сензори.

Повечето системи успешно разпознаха целевите последователности, използвайки нативните ADAR протеини на клетката, но екипът установи, че допълването на клетките с допълнителни ADAR протеини повишава силата на сигнала. Abudayyeh казва, че и двата случая са потенциално полезни; Използването на нативните протеини за редактиране на клетката би намалило до минимум вероятността от редактиране извън целта в терапевтичните приложения, но допълването им може да помогне за постигане на по-мощни ефекти, когато RADARS се използват като изследователски инструмент в лабораторията.

На радара

Abudayyeh, Chen и Gootenberg казват, че тъй като както направляващата РНК, така и РНК на полезния товар са модифицируеми, други могат лесно да препроектират РАДАРИТЕ, за да се насочат към различни типове клетки и да произвеждат различни сигнали или полезни товари. Те също конструират по-сложни RADARS, в които клетките произвеждат един протеин, когато усетят две РНК последователности и друг, когато усетят едната или другата РНК последователност. Екипът добавя, че подобни РАДАРИ могат да помогнат на учените да открият повече от един тип клетки наведнъж, както и сложни клетъчни състояния, които не могат да бъдат дефинирани от един РНК транскрипт.

В крайна сметка изследователите се надяват да разработят набор от правила за проектиране, за да улеснят другите да разработват RADARS за собствените си експерименти. Те предполагат, че други учени биха могли да използват RADAR, за да манипулират състоянието на имунните клетки, да проследяват невронната активност в отговор на стимули или да доставят терапевтична иРНК до специфични тъкани.

„Смятаме, че това е наистина интересна парадигма за контролиране на генната експресия“, каза Чен. „Не можем дори да предвидим кои ще бъдат най-добрите приложения. Това наистина идва от комбинацията от хора с интересна биология и инструментите, които разработвате.“

източник:

Широк институт на MIT и Харвард

Справка:

Jiang, K. и др. (2022) Програмируем синтез на еукариотен протеин с РНК сензори, използвайки ADAR. Естествена биотехнология. doi.org/10.1038/s41587-022-01534-5.

.