Platforma pro snímání RNA by mohla pomoci detekovat a selektivně zabíjet nádory nebo upravovat genom ve specifických buňkách

Platforma pro snímání RNA by mohla pomoci detekovat a selektivně zabíjet nádory nebo upravovat genom ve specifických buňkách

Výzkumníci z Broad Institute of MIT a Harvard a McGovern Institute for Brain Research na MIT vyvinuli systém, který dokáže rozpoznat specifickou sekvenci RNA v živých buňkách a jako odpověď produkovat zajímavý protein. Pomocí této technologie tým předvedl, jak dokáže identifikovat konkrétní typy buněk, detekovat a měřit změny v expresi jednotlivých genů, sledovat transkripční stavy a řídit produkci proteinů kódovaných syntetickou mRNA.

Platforma nazvaná Reprogrammable ADAR Sensors neboli RADARS dokonce umožnila týmu zaměřit a zabít konkrétní typ buňky. Tým řekl, že RADARS by jednoho dne mohl pomoci výzkumníkům detekovat a selektivně zabíjet nádorové buňky nebo upravovat genom v konkrétních buňkách. Studie se dnes objevuje v Nature Biotechnology a byla vedena spoluautory Kaiyi Jiang (MIT), Jeremy Koob (Broad), Xi Chen (Broad), Rohan Krajeski (MIT) a Yifan Zhang (Broad).

"Jednou z revolucí v genomice byla schopnost sekvenovat transkriptomy buněk," řekl Fei Chen, člen Core Institute na Broad, Merkin Fellow, odborný asistent na Harvardské univerzitě a spoluodpovídající autor studie. "To nám opravdu umožnilo dozvědět se o buněčných typech a stavech. Ale často jsme nebyli schopni s těmito buňkami konkrétně manipulovat. RADARS je velkým krokem tímto směrem."

V současné době je obtížné vyvinout a zkonstruovat nástroje, které máme k efektivnímu využití buněčných markerů. Opravdu jsme chtěli najít programovatelný způsob, jak snímat stav buňky a reagovat na něj.“

Omar Abudayyeh, kolega z McGovern Institute a spoluodpovídající autor studie

Jonathan Gootenberg, který je také členem McGovern Institute a spoluodpovídajícím autorem, říká, že jejich tým měl zájem vyvinout nástroj, který by využil všech dat poskytovaných jednobuněčným sekvenováním RNA, které odhalilo širokou škálu buněčných typů a buněčných stavů v těle.

"Chtěli jsme se zeptat, jak můžeme manipulovat s buněčnými identitami způsobem, který je stejně jednoduchý jako editace genomu pomocí CRISPR," řekl. "A jsme nadšeni, že uvidíme, co s tím pole udělá."

Změna účelu editace RNA

Platforma RADARS generuje požadovaný protein, když rozpozná specifickou RNA tím, že využije úpravy RNA, která se přirozeně vyskytuje v buňkách.

Systém se skládá z RNA, která obsahuje dvě složky: vodící oblast, která se váže na cílovou sekvenci RNA, kterou chtějí vědci zachytit v buňkách, a oblast užitečného zatížení, která kóduje zájmový protein, např. B. zabíjí fluorescenční signál nebo buněčný enzym. Když se vodící RNA naváže na cílovou RNA, vytvoří se krátká dvouvláknová sekvence RNA, která obsahuje nesoulad mezi dvěma bázemi v sekvenci -; Adenosin (A) a cytosin (C). Tento nesoulad přitahuje přirozeně se vyskytující rodinu proteinů upravujících RNA nazývaných adenosindeaminázy působící na RNA (ADAR).

V RADARS se nesoulad AC objeví v „stop signálu“ ve vodicí RNA, který brání produkci požadovaného proteinu užitečného zatížení. ADAR upravují a deaktivují stop signál, což umožňuje translaci tohoto proteinu. Pořadí těchto molekulárních událostí je klíčem k funkci RADARS jako senzoru; Požadovaný protein je produkován pouze poté, co se vodicí RNA naváže na cílovou RNA a ADAR deaktivují stop signál.

Tým testoval RADARS v různých typech buněk as různými cílovými sekvencemi a proteinovými produkty. Zjistili, že RADARS rozlišuje mezi buňkami ledvin, dělohy a jater a může produkovat různé fluorescenční signály a také kaspázu, enzym, který zabíjí buňky. RADARS také měřily genovou expresi ve velkém dynamickém rozsahu, což prokázalo jejich užitečnost jako senzory.

Většina systémů úspěšně rozpoznala cílové sekvence pomocí nativních proteinů ADAR buňky, ale tým zjistil, že doplnění buněk dalšími proteiny ADAR zvýšilo sílu signálu. Abudayyeh říká, že oba případy jsou potenciálně užitečné; Využití nativních editačních proteinů buňky by minimalizovalo pravděpodobnost editace mimo cíl v terapeutických aplikacích, ale jejich doplnění by mohlo pomoci vytvořit silnější účinky, když se RADARS použijí jako výzkumný nástroj v laboratoři.

Na radaru

Abudayyeh, Chen a Gootenberg říkají, že protože jak vodicí RNA, tak užitečná RNA jsou modifikovatelné, mohou jiní snadno přepracovat RADARY tak, aby cílily na různé typy buněk a produkovaly různé signály nebo užitečné zatížení. Zkonstruovali také složitější RADARS, ve kterých buňky produkovaly jeden protein, když snímaly dvě sekvence RNA, a další, když snímaly jednu nebo druhou sekvenci RNA. Tým dodává, že podobné RADARS by mohly vědcům pomoci detekovat více než jeden buněčný typ najednou, stejně jako složité buněčné stavy, které nelze definovat jediným RNA transkriptem.

Nakonec vědci doufají, že vyvinou sadu pravidel návrhu, která ostatním usnadní vývoj RADARS pro jejich vlastní experimenty. Naznačují, že jiní vědci by mohli použít RADAR k manipulaci se stavem imunitních buněk, sledování neuronální aktivity v reakci na podněty nebo dodání terapeutické mRNA do konkrétních tkání.

"Myslíme si, že je to opravdu zajímavé paradigma pro kontrolu genové exprese," řekl Chen. "Nemůžeme ani předvídat, jaké budou nejlepší aplikace. To skutečně pochází z kombinace lidí se zajímavou biologií a nástrojů, které vyvíjíte."

Zdroj:

Broad Institute of MIT a Harvard

Odkaz:

Jiang, K., a kol. (2022) Programovatelná syntéza eukaryotických proteinů s RNA senzory pomocí ADAR. Přírodní biotechnologie. doi.org/10.1038/s41587-022-01534-5.

.