RNA-sensing platformen kunne hjælpe med at opdage og selektivt dræbe tumorer eller redigere genomet i specifikke celler

RNA-sensing platformen kunne hjælpe med at opdage og selektivt dræbe tumorer eller redigere genomet i specifikke celler

Forskere ved Broad Institute of MIT og Harvard og McGovern Institute for Brain Research ved MIT har udviklet et system, der kan genkende en specifik RNA-sekvens i levende celler og producere et interessant protein som svar. Ved hjælp af teknologien demonstrerede holdet, hvordan de kunne identificere specifikke celletyper, detektere og måle ændringer i ekspressionen af ​​individuelle gener, spore transkriptionstilstande og kontrollere produktionen af ​​proteiner kodet af syntetisk mRNA.

Platformen, kaldet Reprogrammable ADAR Sensors eller RADARS, tillod endda holdet at målrette og dræbe en bestemt type celle. Holdet sagde, at RADARS en dag kunne hjælpe forskere med at opdage og selektivt dræbe tumorceller eller redigere genomet i specifikke celler. Undersøgelsen vises i dag i Nature Biotechnology og blev ledet af co-first forfattere Kaiyi Jiang (MIT), Jeremy Koob (Broad), Xi Chen (Broad), Rohan Krajeski (MIT) og Yifan Zhang (Broad).

"En af revolutionerne inden for genomik har været evnen til at sekventere transkriptomerne af celler," sagde Fei Chen, et Core Institute-medlem ved Broad, Merkin Fellow, assisterende professor ved Harvard University og medkorresponderende forfatter til undersøgelsen. "Dette har virkelig givet os mulighed for at lære om celletyper og tilstande. Men vi har ofte ikke været i stand til specifikt at manipulere disse celler. RADARS er et stort skridt i den retning."

I øjeblikket er de værktøjer, vi har til effektivt at bruge cellemarkører, svære at udvikle og konstruere. Vi ønskede virkelig at finde en programmerbar måde at fornemme en celletilstand og reagere på den."

Omar Abudayyeh, en stipendiat ved McGovern Institute og medkorresponderende forfatter til undersøgelsen

Jonathan Gootenberg, som også er McGovern Institute-stipendiat og co-korresponderende forfatter, siger, at deres team var ivrige efter at udvikle et værktøj til at drage fordel af alle data leveret af enkeltcellet RNA-sekventering, som har afsløret en bred vifte af celletyper og celletilstande i kroppen.

"Vi ønskede at spørge, hvordan vi kan manipulere cellulære identiteter på en måde, der er så simpel som at redigere genomet med CRISPR," sagde han. "Og vi er spændte på at se, hvad feltet gør med det."

Genanvendelse af RNA-redigering

RADARS-platformen genererer et ønsket protein, når det genkender et specifikt RNA ved at drage fordel af RNA-redigering, der forekommer naturligt i celler.

Systemet består af et RNA, der indeholder to komponenter: en guide-region, der binder sig til mål-RNA-sekvensen, som forskerne ønsker at fange i celler, og en payload-region, der koder for proteinet af interesse, f.eks. B. dræbe et fluorescenssignal eller et celleenzym. Når guide-RNA'et binder til mål-RNA'et, skaber dette en kort dobbeltstrenget RNA-sekvens, der indeholder en mismatch mellem to baser i sekvensen -; Adenosin (A) og cytosin (C). Denne mismatch tiltrækker en naturligt forekommende familie af RNA-redigerende proteiner kaldet RNA-virkende adenosindeaminaser (ADAR'er).

I RADARS vises AC-mismatchet i et "stopsignal" i guide-RNA'et, der forhindrer produktion af det ønskede nyttelastprotein. ADAR'erne redigerer og deaktiverer stopsignalet, hvilket tillader translation af dette protein. Rækkefølgen af ​​disse molekylære hændelser er nøglen til RADARS' funktion som sensor; Proteinet af interesse produceres kun, efter at guide-RNA'et binder til mål-RNA'et, og ADAR'erne deaktiverer stopsignalet.

Holdet testede RADARS i forskellige celletyper og med forskellige målsekvenser og proteinprodukter. De fandt ud af, at RADARS skelnede mellem nyre-, livmoder- og leverceller og kunne producere forskellige fluorescerende signaler såvel som en caspase, et enzym, der dræber celler. RADARS målte også genekspression over et stort dynamisk område, hvilket demonstrerede deres anvendelighed som sensorer.

De fleste systemer genkendte med succes målsekvenser ved hjælp af cellens native ADAR-proteiner, men holdet fandt ud af, at supplering af cellerne med yderligere ADAR-proteiner øgede signalets styrke. Abudayyeh siger, at begge sager er potentielt nyttige; Udnyttelse af cellens native redigeringsproteiner ville minimere sandsynligheden for off-target redigering i terapeutiske applikationer, men at supplere dem kunne hjælpe med at producere mere potente effekter, når RADARS bruges som et forskningsværktøj i laboratoriet.

På radaren

Abudayyeh, Chen og Gootenberg siger, at fordi både guide-RNA og nyttelast-RNA kan ændres, kan andre let redesigne RADARS til at målrette mod forskellige celletyper og producere forskellige signaler eller nyttelast. De konstruerede også mere komplekse RADARS, hvor celler producerede et protein, når de fornemmede to RNA-sekvenser, og et andet, når de fornemmede enten den ene eller den anden RNA-sekvens. Holdet tilføjer, at lignende RADARS kan hjælpe forskere med at opdage mere end én celletype ad gangen, såvel som komplekse cellulære tilstande, der ikke kan defineres af et enkelt RNA-transkript.

I sidste ende håber forskerne at udvikle et sæt designregler for at gøre det lettere for andre at udvikle RADARS til deres egne eksperimenter. De foreslår, at andre forskere kunne bruge RADAR til at manipulere immuncellernes tilstand, spore neuronal aktivitet som reaktion på stimuli eller levere terapeutisk mRNA til specifikke væv.

"Vi synes, at dette er et virkelig interessant paradigme til at kontrollere genekspression," sagde Chen. "Vi kan ikke engang forudsige, hvad de bedste applikationer vil være. Det kommer virkelig fra kombinationen af ​​mennesker med interessant biologi og de værktøjer, du udvikler."

Kilde:

Broad Institute of MIT og Harvard

Reference:

Jiang, K., et al. (2022) Programmerbar eukaryotisk proteinsyntese med RNA-sensorer ved hjælp af ADAR. Naturlig bioteknologi. doi.org/10.1038/s41587-022-01534-5.

.