La piattaforma di rilevamento dell’RNA potrebbe aiutare a rilevare e uccidere selettivamente i tumori o modificare il genoma in cellule specifiche

La piattaforma di rilevamento dell’RNA potrebbe aiutare a rilevare e uccidere selettivamente i tumori o modificare il genoma in cellule specifiche

I ricercatori del Broad Institute del MIT e di Harvard e del McGovern Institute for Brain Research del MIT hanno sviluppato un sistema in grado di riconoscere una specifica sequenza di RNA nelle cellule viventi e produrre in risposta un'interessante proteina. Utilizzando la tecnologia, il team ha dimostrato come identificare specifici tipi di cellule, rilevare e misurare i cambiamenti nell'espressione dei singoli geni, monitorare gli stati trascrizionali e controllare la produzione di proteine ​​codificate dall'mRNA sintetico.

La piattaforma, chiamata Sensori ADAR riprogrammabili, o RADARS, ha persino permesso al team di prendere di mira e uccidere un tipo specifico di cellula. Il team ha affermato che RADARS potrebbe un giorno aiutare i ricercatori a rilevare e uccidere selettivamente le cellule tumorali o a modificare il genoma in cellule specifiche. Lo studio appare oggi su Nature Biotechnology ed è stato condotto dai co-primi autori Kaiyi Jiang (MIT), Jeremy Koob (Broad), Xi Chen (Broad), Rohan Krajeski (MIT) e Yifan Zhang (Broad).

"Una delle rivoluzioni nella genomica è stata la capacità di sequenziare i trascrittomi delle cellule", ha affermato Fei Chen, membro del Core Institute del Broad, Merkin Fellow, assistente professore all'Università di Harvard e coautore dello studio. "Questo ci ha davvero permesso di conoscere i tipi e gli stati delle cellule. Ma spesso non siamo stati in grado di manipolare in modo specifico queste cellule. RADARS è un grande passo in quella direzione."

Al momento, gli strumenti di cui disponiamo per utilizzare efficacemente i marcatori cellulari sono difficili da sviluppare e progettare. Volevamo davvero trovare un modo programmabile per percepire lo stato di una cellula e rispondervi”.

Omar Abudayyeh, ricercatore presso il McGovern Institute e co-autore corrispondente dello studio

Jonathan Gootenberg, che è anche membro del McGovern Institute e co-autore corrispondente, afferma che il loro team desiderava sviluppare uno strumento per sfruttare tutti i dati forniti dal sequenziamento dell'RNA a cellula singola, che ha rivelato un'ampia gamma di tipi e stati cellulari nel corpo.

"Volevamo chiederci come possiamo manipolare le identità cellulari in un modo semplice come modificare il genoma con CRISPR", ha affermato. “E siamo entusiasti di vedere cosa ne farà il campo”.

Riproporre l'editing dell'RNA

La piattaforma RADARS genera la proteina desiderata quando riconosce un RNA specifico sfruttando l'editing dell'RNA che avviene naturalmente nelle cellule.

Il sistema è costituito da un RNA che contiene due componenti: una regione guida che si lega alla sequenza di RNA bersaglio che gli scienziati vogliono catturare nelle cellule e una regione di carico utile che codifica la proteina di interesse, ad es. B. uccidere un segnale di fluorescenza o un enzima cellulare. Quando l'RNA guida si lega all'RNA bersaglio, crea una breve sequenza di RNA a doppio filamento che contiene un disadattamento tra due basi nella sequenza -; Adenosina (A) e citosina (C). Questa mancata corrispondenza attira una famiglia naturale di proteine ​​che modificano l'RNA chiamate adenosina deaminasi ad azione RNA (ADAR).

Nei RADARS, il disadattamento AC appare all'interno di un “segnale di stop” nell'RNA guida che impedisce la produzione della proteina del carico utile desiderato. Gli ADAR modificano e disattivano il segnale di arresto, consentendo la traduzione di questa proteina. L'ordine di questi eventi molecolari è fondamentale per la funzione di RADARS come sensore; La proteina di interesse viene prodotta solo dopo che l'RNA guida si lega all'RNA bersaglio e gli ADAR disattivano il segnale di stop.

Il team ha testato RADARS in diversi tipi di cellule e con diverse sequenze target e prodotti proteici. Hanno scoperto che i RADARS distinguevano tra cellule renali, uterine ed epatiche e potevano produrre diversi segnali fluorescenti nonché una caspasi, un enzima che uccide le cellule. I RADARS hanno inoltre misurato l'espressione genetica su un ampio intervallo dinamico, dimostrando la loro utilità come sensori.

La maggior parte dei sistemi ha riconosciuto con successo le sequenze bersaglio utilizzando le proteine ​​ADAR native della cellula, ma il team ha scoperto che l'integrazione delle cellule con proteine ​​ADAR aggiuntive aumentava la forza del segnale. Abudayyeh afferma che entrambi i casi sono potenzialmente utili; Sfruttare le proteine ​​di editing native della cellula minimizzerebbe la probabilità di editing fuori bersaglio nelle applicazioni terapeutiche, ma integrarle potrebbe aiutare a produrre effetti più potenti quando i RADARS vengono utilizzati come strumento di ricerca in laboratorio.

Sul radar

Abudayyeh, Chen e Gootenberg affermano che, poiché sia ​​l'RNA guida che l'RNA del carico utile sono modificabili, altri possono facilmente riprogettare i RADAR per prendere di mira diversi tipi di cellule e generare segnali o carichi utili diversi. Hanno anche costruito RADAR più complessi, in cui le cellule producevano una proteina quando rilevavano due sequenze di RNA e un'altra quando rilevavano l'una o l'altra sequenza di RNA. Il team aggiunge che RADAR simili potrebbero aiutare gli scienziati a rilevare più di un tipo di cellula alla volta, nonché stati cellulari complessi che non possono essere definiti da un singolo trascritto di RNA.

In definitiva, i ricercatori sperano di sviluppare una serie di regole di progettazione per rendere più semplice per altri sviluppare RADARS per i propri esperimenti. Suggeriscono che altri scienziati potrebbero utilizzare il RADAR per manipolare lo stato delle cellule immunitarie, monitorare l’attività neuronale in risposta agli stimoli o fornire mRNA terapeutico a tessuti specifici.

"Pensiamo che questo sia un paradigma davvero interessante per il controllo dell'espressione genetica", ha detto Chen. "Non possiamo nemmeno prevedere quali saranno le migliori applicazioni. Ciò deriva in realtà dalla combinazione di persone con una biologia interessante e dagli strumenti che sviluppi."

Fonte:

Broad Institute del MIT e Harvard

Riferimento:

Jiang, K., et al. (2022) Sintesi proteica eucariotica programmabile con sensori RNA che utilizzano ADAR. Biotecnologie naturali. doi.org/10.1038/s41587-022-01534-5.

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