RNA-tuvastusplatvorm võib aidata tuvastada ja selektiivselt tappa kasvajaid või muuta genoomi konkreetsetes rakkudes

RNA-tuvastusplatvorm võib aidata tuvastada ja selektiivselt tappa kasvajaid või muuta genoomi konkreetsetes rakkudes

MIT Broad Institute ja Harvardi ning MIT-i McGoverni ajuuuringute instituudi teadlased on välja töötanud süsteemi, mis suudab elusrakkudes ära tunda spetsiifilise RNA järjestuse ja toota vastuseks huvitavat valku. Seda tehnoloogiat kasutades demonstreeris meeskond, kuidas nad saavad tuvastada konkreetseid rakutüüpe, tuvastada ja mõõta muutusi üksikute geenide ekspressioonis, jälgida transkriptsiooni olekuid ja kontrollida sünteetilise mRNA poolt kodeeritud valkude tootmist.

Platvorm, mida nimetatakse ümberprogrammeeritavateks ADAR-anduriteks või RADARSiks, võimaldas meeskonnal isegi sihtida ja tappa teatud tüüpi rakke. Meeskond ütles, et RADARS võib ühel päeval aidata teadlastel kasvajarakke tuvastada ja selektiivselt tappa või konkreetsetes rakkudes genoomi muuta. Uuring ilmub täna ajakirjas Nature Biotechnology ja seda juhtisid esimesed autorid Kaiyi Jiang (MIT), Jeremy Koob (Broad), Xi Chen (Broad), Rohan Krajeski (MIT) ja Yifan Zhang (Broad).

"Üks genoomika revolutsioonidest on olnud võime järjestada rakkude transkriptoome," ütles Fei Chen, Broadi tuumainstituudi liige, Merkin Fellow, Harvardi ülikooli dotsent ja uuringu kaasautor. "See on tõesti võimaldanud meil õppida tundma rakutüüpe ja -olekuid. Kuid me ei ole sageli suutnud neid rakke konkreetselt manipuleerida. RADARS on suur samm selles suunas."

Praegu on rakumarkerite tõhusaks kasutamiseks vajalikke tööriistu raske välja töötada ja konstrueerida. Tahtsime tõesti leida programmeeritava viisi raku oleku tajumiseks ja sellele reageerimiseks.

Omar Abudayyeh, McGoverni Instituudi teadur ja uuringu kaasautor

Jonathan Gootenberg, kes on ka McGoverni Instituudi stipendiaat ja kaaskirjanik, ütleb, et nende meeskond soovis välja töötada tööriista, et kasutada ära kõik üherakulise RNA sekveneerimisega saadud andmed, mis on paljastanud mitmesuguseid rakutüüpe ja rakuolekuid kehas.

"Tahtsime küsida, kuidas saaksime rakulisi identiteete manipuleerida viisil, mis on sama lihtne kui genoomi redigeerimine CRISPR-iga," ütles ta. "Ja me ootame põnevusega, mida valdkond sellega teeb."

RNA redigeerimise ümberpaigutamine

RADARSi platvorm genereerib soovitud valgu, kui see tunneb ära spetsiifilise RNA, kasutades ära rakkudes looduslikult esinevat RNA redigeerimist.

Süsteem koosneb RNA-st, mis sisaldab kahte komponenti: juhtregioonist, mis seondub sihtmärk-RNA järjestusega, mida teadlased soovivad rakkudesse püüda, ja kasuliku koormuse piirkonnast, mis kodeerib huvipakkuvat valku, nt. B. tapavad fluorestsentssignaali või rakuensüümi. Kui juht-RNA seondub siht-RNA-ga, loob see lühikese kaheahelalise RNA järjestuse, mis sisaldab mittevastavust järjestuse kahe aluse vahel -; Adenosiin (A) ja tsütosiin (C). See mittevastavus meelitab ligi looduslikult esinevat RNA-d redigeerivate valkude perekonda, mida nimetatakse RNA-toimivateks adenosiindeaminaasideks (ADAR).

RADARSis ilmub vahelduvvoolu mittevastavus juht-RNA „stoppsignaali”, mis takistab soovitud kasuliku koormuse valgu tootmist. ADAR-id redigeerivad ja deaktiveerivad stoppsignaali, võimaldades selle valgu translatsiooni. Nende molekulaarsete sündmuste järjekord on RADARSi anduri funktsiooni võtmeks; Huvipakkuv valk toodetakse alles pärast seda, kui juht-RNA seondub siht-RNA-ga ja ADAR-id deaktiveerivad stoppsignaali.

Meeskond testis RADARSi erinevates rakutüüpides ning erinevate sihtjärjestuste ja valguproduktidega. Nad leidsid, et RADARS eristab neeru-, emaka- ja maksarakke ning võib toota erinevaid fluorestseeruvaid signaale ning kaspaasi, ensüümi, mis tapab rakke. RADARS mõõtis ka geeniekspressiooni suures dünaamilises vahemikus, näidates nende kasulikkust anduritena.

Enamik süsteeme tuvastas edukalt sihtjärjestused, kasutades raku natiivseid ADAR-valke, kuid meeskond leidis, et rakkude täiendamine täiendavate ADAR-valkudega suurendas signaali tugevust. Abudayyeh ütleb, et mõlemad juhtumid on potentsiaalselt kasulikud; Raku natiivsete redigeerimisvalkude kasutamine vähendaks terapeutilistes rakendustes sihtmärgivälise redigeerimise tõenäosust, kuid nende täiendamine võib aidata saavutada tugevamaid efekte, kui RADARSi kasutatakse laboris uurimisvahendina.

Radaril

Abudayyeh, Chen ja Gootenberg ütlevad, et kuna nii juht-RNA kui ka kasuliku koormuse RNA on muudetavad, saavad teised hõlpsasti RADARS-i ümber kujundada, et sihtida erinevaid rakutüüpe ja toota erinevaid signaale või kasulikke koormusi. Samuti konstrueerisid nad keerukamad RADARSid, milles rakud tootsid ühte valku, kui nad tajusid kahte RNA järjestust, ja teist, kui nad tajusid kas ühte või teist RNA järjestust. Meeskond lisab, et sarnased RADARS-id võivad aidata teadlastel tuvastada korraga rohkem kui ühte rakutüüpi, aga ka keerulisi rakuseisundeid, mida ei saa ühe RNA transkriptiga määratleda.

Lõppkokkuvõttes loodavad teadlased välja töötada disainireeglid, mis hõlbustavad teistel oma katsete jaoks RADARSi väljatöötamist. Nad viitavad sellele, et teised teadlased võiksid kasutada RADAR-i immuunrakkude olekuga manipuleerimiseks, neuronaalse aktiivsuse jälgimiseks vastuseks stiimulitele või terapeutilise mRNA toimetamiseks konkreetsetesse kudedesse.

"Me arvame, et see on tõeliselt huvitav paradigma geeniekspressiooni kontrollimiseks, " ütles Chen. "Me ei saa isegi ennustada, millised on parimad rakendused. See tuleneb tõesti huvitava bioloogiaga inimeste ja teie arendatavate tööriistade kombinatsioonist."

Allikas:

MITi ja Harvardi lai instituut

Viide:

Jiang, K. jt. (2022) Programmeeritav eukarüootsete valkude süntees RNA anduritega, kasutades ADAR-i. Looduslik biotehnoloogia. doi.org/10.1038/s41587-022-01534-5.

.