La plateforme de détection d'ARN pourrait aider à détecter et à tuer sélectivement les tumeurs ou à modifier le génome de cellules spécifiques

La plateforme de détection d'ARN pourrait aider à détecter et à tuer sélectivement les tumeurs ou à modifier le génome de cellules spécifiques

Des chercheurs du Broad Institute du MIT et de Harvard ainsi que du McGovern Institute for Brain Research du MIT ont développé un système capable de reconnaître une séquence d'ARN spécifique dans les cellules vivantes et de produire une protéine intéressante en réponse. Grâce à cette technologie, l’équipe a démontré comment identifier des types de cellules spécifiques, détecter et mesurer les changements dans l’expression de gènes individuels, suivre les états transcriptionnels et contrôler la production de protéines codées par l’ARNm synthétique.

La plate-forme, appelée capteurs ADAR reprogrammables, ou RADARS, a même permis à l'équipe de cibler et de tuer un type spécifique de cellule. L'équipe a déclaré que les RADARS pourraient un jour aider les chercheurs à détecter et à tuer sélectivement les cellules tumorales ou à modifier le génome de cellules spécifiques. L'étude paraît aujourd'hui dans Nature Biotechnology et a été dirigée par les co-premiers auteurs Kaiyi Jiang (MIT), Jeremy Koob (Broad), Xi Chen (Broad), Rohan Krajeski (MIT) et Yifan Zhang (Broad).

"L'une des révolutions de la génomique a été la capacité de séquencer les transcriptomes des cellules", a déclaré Fei Chen, membre du Core Institute du Broad, Merkin Fellow, professeur adjoint à l'Université Harvard et co-auteur correspondant de l'étude. "Cela nous a vraiment permis d'en apprendre davantage sur les types et les états des cellules. Mais nous n'avons souvent pas été en mesure de manipuler spécifiquement ces cellules. Les RADARS constituent un grand pas dans cette direction."

À l’heure actuelle, les outils dont nous disposons pour utiliser efficacement les marqueurs cellulaires sont difficiles à développer et à concevoir. Nous voulions vraiment trouver un moyen programmable de détecter un état cellulaire et d’y répondre.

Omar Abudayyeh, chercheur au McGovern Institute et co-auteur correspondant de l'étude

Jonathan Gootenberg, qui est également membre du McGovern Institute et auteur co-correspondant, affirme que son équipe souhaitait développer un outil permettant de tirer parti de toutes les données fournies par le séquençage de l'ARN unicellulaire, qui a révélé un large éventail de types de cellules et d'états cellulaires dans le corps.

"Nous voulions nous demander comment manipuler les identités cellulaires d'une manière aussi simple que l'édition du génome avec CRISPR", a-t-il déclaré. « Et nous sommes impatients de voir ce que le terrain en fera. »

Réutilisation de l'édition d'ARN

La plateforme RADARS génère une protéine souhaitée lorsqu’elle reconnaît un ARN spécifique en tirant parti de l’édition de l’ARN qui se produit naturellement dans les cellules.

Le système se compose d'un ARN qui contient deux composants : une région guide qui se lie à la séquence d'ARN cible que les scientifiques souhaitent capturer dans les cellules, et une région de charge utile qui code pour la protéine d'intérêt, par ex. B. tuer un signal de fluorescence ou une enzyme cellulaire. Lorsque l'ARN guide se lie à l'ARN cible, cela crée une courte séquence d'ARN double brin qui contient un mésappariement entre deux bases de la séquence - ; Adénosine (A) et cytosine (C). Cette inadéquation attire une famille naturelle de protéines éditant l’ARN appelées adénosine désaminases agissant sur l’ARN (ADAR).

Dans les RADARS, le décalage AC apparaît dans un « signal d’arrêt » dans l’ARN guide qui empêche la production de la protéine de charge utile souhaitée. Les ADAR modifient et désactivent le signal d'arrêt, permettant la traduction de cette protéine. L'ordre de ces événements moléculaires est essentiel à la fonction de capteur des RADARS ; La protéine d’intérêt n’est produite qu’après que l’ARN guide se lie à l’ARN cible et que les ADAR désactivent le signal d’arrêt.

L’équipe a testé les RADARS dans différents types de cellules et avec différentes séquences cibles et produits protéiques. Ils ont découvert que les RADARS faisaient la distinction entre les cellules rénales, utérines et hépatiques et pouvaient produire différents signaux fluorescents ainsi qu'une caspase, une enzyme qui tue les cellules. Les RADARS ont également mesuré l’expression des gènes sur une large plage dynamique, démontrant ainsi leur utilité en tant que capteurs.

La plupart des systèmes ont réussi à reconnaître les séquences cibles à l'aide des protéines ADAR natives de la cellule, mais l'équipe a découvert que le fait de compléter les cellules avec des protéines ADAR supplémentaires augmentait la force du signal. Abudayyeh affirme que les deux cas sont potentiellement utiles ; L'exploitation des protéines d'édition natives de la cellule réduirait le risque d'édition hors cible dans les applications thérapeutiques, mais leur complément pourrait aider à produire des effets plus puissants lorsque les RADARS sont utilisés comme outil de recherche en laboratoire.

Sur le radar

Abudayyeh, Chen et Gootenberg affirment que, comme l'ARN guide et l'ARN de charge utile sont modifiables, d'autres peuvent facilement reconcevoir les RADARS pour cibler différents types de cellules et produire différents signaux ou charges utiles. Ils ont également construit des RADARS plus complexes, dans lesquels les cellules produisaient une protéine lorsqu’elles détectaient deux séquences d’ARN et une autre lorsqu’elles détectaient l’une ou l’autre séquence d’ARN. L’équipe ajoute que des RADARS similaires pourraient aider les scientifiques à détecter plus d’un type de cellule à la fois, ainsi que des états cellulaires complexes qui ne peuvent être définis par une seule transcription d’ARN.

À terme, les chercheurs espèrent développer un ensemble de règles de conception pour permettre à d'autres de développer plus facilement des RADARS pour leurs propres expériences. Ils suggèrent que d'autres scientifiques pourraient utiliser RADAR pour manipuler l'état des cellules immunitaires, suivre l'activité neuronale en réponse à des stimuli ou délivrer de l'ARNm thérapeutique à des tissus spécifiques.

"Nous pensons qu'il s'agit d'un paradigme vraiment intéressant pour contrôler l'expression des gènes", a déclaré Chen. "Nous ne pouvons même pas prédire quelles seront les meilleures applications. Cela vient vraiment de la combinaison de personnes possédant une biologie intéressante et des outils que vous développez."

Source:

Institut élargi du MIT et de Harvard

Référence:

Jiang, K. et coll. (2022) Synthèse programmable de protéines eucaryotes avec des capteurs d’ARN utilisant ADAR. Biotechnologie naturelle. est ce que je.org/10.1038/s41587-022-01534-5.

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