Platforma za otkrivanje RNA mogla bi pomoći u otkrivanju i selektivnom ubijanju tumora ili uređivanju genoma u određenim stanicama

Platforma za otkrivanje RNA mogla bi pomoći u otkrivanju i selektivnom ubijanju tumora ili uređivanju genoma u određenim stanicama

Istraživači na Broad institutu MIT-a i Harvarda te McGovern instituta za istraživanje mozga na MIT-u razvili su sustav koji može prepoznati specifičnu sekvencu RNA u živim stanicama i proizvesti zanimljiv protein kao odgovor. Koristeći tehnologiju, tim je pokazao kako mogu identificirati specifične tipove stanica, detektirati i mjeriti promjene u ekspresiji pojedinačnih gena, pratiti stanja transkripcije i kontrolirati proizvodnju proteina kodiranih sintetskom mRNA.

Platforma, nazvana Reprogrammable ADAR Sensors, ili RADARS, čak je omogućila timu da cilja i ubije određenu vrstu stanica. Tim je rekao da bi RADARS jednog dana mogao pomoći istraživačima u otkrivanju i selektivnom ubijanju tumorskih stanica ili uređivanju genoma u određenim stanicama. Studija se danas pojavljuje u časopisu Nature Biotechnology, a vodili su je suautori Kaiyi Jiang (MIT), Jeremy Koob (Broad), Xi Chen (Broad), Rohan Krajeski (MIT) i Yifan Zhang (Broad).

"Jedna od revolucija u genomici bila je sposobnost sekvencioniranja transkriptoma stanica", rekao je Fei Chen, član Core Instituta na Broadu, Merkin Fellow, docent na Sveučilištu Harvard i suautor studije. "Ovo nam je doista omogućilo da naučimo o tipovima i stanjima stanica. Ali često nismo bili u mogućnosti posebno manipulirati tim stanicama. RADARS je veliki korak u tom smjeru."

Trenutačno je alate koje imamo za učinkovito korištenje staničnih markera teško razviti i izraditi. Stvarno smo željeli pronaći programabilni način da osjetimo stanje stanice i odgovorimo na njega.”

Omar Abudayyeh, suradnik na Institutu McGovern i suautor studije

Jonathan Gootenberg, koji je također suradnik Instituta McGovern i suautor, kaže da je njihov tim želio razviti alat za iskorištavanje svih podataka dobivenih jednostaničnim sekvenciranjem RNK, koje je otkrilo širok raspon tipova stanica i stanja stanica u tijelu.

"Htjeli smo pitati kako možemo manipulirati staničnim identitetom na način koji je jednostavan kao uređivanje genoma s CRISPR-om", rekao je. "I uzbuđeni smo vidjeti što teren radi s tim."

Promjena namjene uređivanja RNK

Platforma RADARS generira željeni protein kada prepozna specifičnu RNA iskorištavanjem prednosti uređivanja RNA koje se prirodno događa u stanicama.

Sustav se sastoji od RNA koja sadrži dvije komponente: regiju vodiča koja se veže na ciljnu sekvencu RNA koju znanstvenici žele uhvatiti u stanicama i regiju korisnog opterećenja koja kodira protein od interesa, npr. B. ubiti fluorescentni signal ili stanični enzim. Kada se vodeća RNA veže na ciljnu RNA, to stvara kratki dvolančani RNA slijed koji sadrži nepodudarnost između dviju baza u slijedu -; Adenozin (A) i citozin (C). Ova neusklađenost privlači prirodnu obitelj proteina koji uređuju RNA koji se nazivaju adenozin deaminaze (ADAR) koje djeluju na RNA.

U RADARS-u, AC mismatch pojavljuje se unutar "stop signala" u RNA vodiču koji sprječava proizvodnju željenog korisnog proteina. ADAR uređuju i deaktiviraju signal za zaustavljanje, omogućujući prevođenje ovog proteina. Redoslijed tih molekularnih događaja ključan je za funkciju RADARA kao senzora; Protein od interesa proizvodi se tek nakon što se RNA vodič veže na ciljnu RNA i ADAR deaktiviraju stop signal.

Tim je testirao RADARS u različitim tipovima stanica i s različitim ciljnim sekvencama i proteinskim produktima. Otkrili su da RADAR razlikuje stanice bubrega, maternice i jetre i može proizvesti različite fluorescentne signale kao i kaspazu, enzim koji ubija stanice. RADARS je također mjerio ekspresiju gena u velikom dinamičkom rasponu, pokazujući njihovu korisnost kao senzora.

Većina sustava uspješno je prepoznala ciljne sekvence korištenjem staničnih prirodnih ADAR proteina, ali tim je otkrio da nadopunjavanje stanica dodatnim ADAR proteinima povećava snagu signala. Abudayyeh kaže da su oba slučaja potencijalno korisna; Iskorištavanje staničnih prirodnih proteina za uređivanje smanjilo bi vjerojatnost neciljanog uređivanja u terapeutskim primjenama, ali njihovo nadopunjavanje moglo bi pomoći u postizanju snažnijih učinaka kada se RADAR koristi kao istraživački alat u laboratoriju.

Na radaru

Abudayyeh, Chen i Gootenberg kažu da, budući da se i RNK vodič i RNK nosivosti mogu mijenjati, drugi mogu lako redizajnirati RADARE da ciljaju različite tipove stanica i proizvode različite signale ili nosivosti. Također su konstruirali složenije RADAR-e, u kojima su stanice proizvodile jedan protein kada su osjetile dvije RNA sekvence i drugi kada su osjetile jednu ili drugu RNA sekvencu. Tim dodaje da bi slični RADAR-i mogli pomoći znanstvenicima da otkriju više od jedne vrste stanica odjednom, kao i složena stanična stanja koja se ne mogu definirati jednim RNA transkriptom.

U konačnici, istraživači se nadaju da će razviti skup pravila dizajna kako bi drugima olakšali razvoj RADARA za vlastite eksperimente. Predlažu da bi drugi znanstvenici mogli koristiti RADAR za manipuliranje stanjem imunoloških stanica, praćenje neuronske aktivnosti kao odgovor na podražaje ili isporuku terapeutske mRNA određenim tkivima.

"Mislimo da je ovo stvarno zanimljiva paradigma za kontrolu ekspresije gena", rekao je Chen. "Ne možemo čak ni predvidjeti koje će biti najbolje aplikacije. To zapravo dolazi od kombinacije ljudi sa zanimljivom biologijom i alata koje razvijate."

Izvor:

Broad Institute MIT-a i Harvarda

Referenca:

Jiang, K. i sur. (2022) Programabilna eukariotska sinteza proteina s RNA senzorima pomoću ADAR-a. Prirodna biotehnologija. doi.org/10.1038/s41587-022-01534-5.

.