La plataforma de detección de ARN podría ayudar a detectar y matar tumores selectivamente o editar el genoma en células específicas

La plataforma de detección de ARN podría ayudar a detectar y matar tumores selectivamente o editar el genoma en células específicas

Investigadores del Instituto Broad del MIT y Harvard y del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT han desarrollado un sistema que puede reconocer una secuencia de ARN específica en células vivas y producir una proteína interesante en respuesta. Utilizando esta tecnología, el equipo demostró cómo podían identificar tipos de células específicas, detectar y medir cambios en la expresión de genes individuales, rastrear estados transcripcionales y controlar la producción de proteínas codificadas por ARNm sintético.

La plataforma, llamada Sensores ADAR Reprogramables, o RADARS, incluso permitió al equipo apuntar y matar un tipo específico de célula. El equipo dijo que RADARS algún día podría ayudar a los investigadores a detectar y matar selectivamente células tumorales o editar el genoma de células específicas. El estudio aparece hoy en Nature Biotechnology y fue dirigido por los coautores Kaiyi Jiang (MIT), Jeremy Koob (Broad), Xi Chen (Broad), Rohan Krajeski (MIT) y Yifan Zhang (Broad).

"Una de las revoluciones en genómica ha sido la capacidad de secuenciar los transcriptomas de las células", dijo Fei Chen, miembro del Core Institute del Broad, Merkin Fellow, profesor asistente en la Universidad de Harvard y coautor correspondiente del estudio. "Esto realmente nos ha permitido aprender sobre los tipos y estados de las células. Pero a menudo no hemos podido manipular específicamente estas células. RADARS es un gran paso en esa dirección".

Por el momento, las herramientas que tenemos para utilizar eficazmente los marcadores celulares son difíciles de desarrollar y diseñar. Realmente queríamos encontrar una forma programable de detectar el estado de una célula y responder a él”.

Omar Abudayyeh, miembro del Instituto McGovern y coautor correspondiente del estudio

Jonathan Gootenberg, que también es miembro del Instituto McGovern y coautor correspondiente, dice que su equipo estaba interesado en desarrollar una herramienta para aprovechar todos los datos proporcionados por la secuenciación de ARN unicelular, que ha revelado una amplia gama de tipos y estados celulares en el cuerpo.

"Queríamos preguntarnos cómo podemos manipular las identidades celulares de una manera tan simple como editar el genoma con CRISPR", dijo. "Y estamos emocionados de ver qué hace el campo con eso".

Reutilización de la edición de ARN

La plataforma RADARS genera una proteína deseada cuando reconoce un ARN específico aprovechando la edición de ARN que ocurre naturalmente en las células.

El sistema consta de un ARN que contiene dos componentes: una región guía que se une a la secuencia de ARN objetivo que los científicos quieren capturar en las células y una región de carga útil que codifica la proteína de interés, p. B. matar una señal de fluorescencia o una enzima celular. Cuando el ARN guía se une al ARN objetivo, esto crea una secuencia corta de ARN bicatenario que contiene una falta de coincidencia entre dos bases en la secuencia -; Adenosina (A) y citosina (C). Este desajuste atrae a una familia natural de proteínas editoras de ARN llamadas adenosina desaminasas que actúan sobre ARN (ADAR).

En RADARS, el desajuste de AC aparece dentro de una "señal de parada" en el ARN guía que impide la producción de la proteína de carga útil deseada. Los ADAR editan y desactivan la señal de parada, permitiendo la traducción de esta proteína. El orden de estos eventos moleculares es clave para la función de los RADARES como sensores; La proteína de interés se produce sólo después de que el ARN guía se une al ARN objetivo y los ADAR desactivan la señal de parada.

El equipo probó RADARS en diferentes tipos de células y con diferentes secuencias diana y productos proteicos. Descubrieron que los RADARS distinguían entre células renales, uterinas y hepáticas y podían producir diferentes señales fluorescentes, así como una caspasa, una enzima que mata las células. Los RADARS también midieron la expresión genética en un amplio rango dinámico, lo que demuestra su utilidad como sensores.

La mayoría de los sistemas reconocieron con éxito secuencias objetivo utilizando las proteínas ADAR nativas de la célula, pero el equipo descubrió que complementar las células con proteínas ADAR adicionales aumentaba la fuerza de la señal. Abudayyeh dice que ambos casos son potencialmente útiles; Aprovechar las proteínas de edición nativas de la célula minimizaría la probabilidad de edición fuera del objetivo en aplicaciones terapéuticas, pero complementarlas podría ayudar a producir efectos más potentes cuando los RADARES se utilicen como herramienta de investigación en el laboratorio.

en el radar

Abudayyeh, Chen y Gootenberg dicen que debido a que tanto el ARN guía como el ARN de carga útil son modificables, otros pueden rediseñar fácilmente RADARES para apuntar a diferentes tipos de células y generar diferentes señales o cargas útiles. También construyeron RADARES más complejos, en los que las células producían una proteína cuando detectaban dos secuencias de ARN y otra cuando detectaban una u otra secuencia de ARN. El equipo añade que RADARS similares podrían ayudar a los científicos a detectar más de un tipo de célula a la vez, así como estados celulares complejos que no pueden definirse mediante una única transcripción de ARN.

En última instancia, los investigadores esperan desarrollar un conjunto de reglas de diseño que faciliten a otros el desarrollo de RADARES para sus propios experimentos. Sugieren que otros científicos podrían utilizar RADAR para manipular el estado de las células inmunitarias, rastrear la actividad neuronal en respuesta a estímulos o administrar ARNm terapéutico a tejidos específicos.

"Creemos que este es un paradigma realmente interesante para controlar la expresión genética", dijo Chen. "Ni siquiera podemos predecir cuáles serán las mejores aplicaciones. Eso realmente proviene de la combinación de personas con una biología interesante y las herramientas que se desarrollan".

Fuente:

Instituto Broad del MIT y Harvard

Referencia:

Jiang, K., et al. (2022) Síntesis de proteínas eucariotas programables con sensores de ARN utilizando ADAR. Biotecnología natural. doi.org/10.1038/s41587-022-01534-5.

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