RNS noteikšanas platforma varētu palīdzēt atklāt un selektīvi nogalināt audzējus vai rediģēt genomu konkrētās šūnās

RNS noteikšanas platforma varētu palīdzēt atklāt un selektīvi nogalināt audzējus vai rediģēt genomu konkrētās šūnās

Pētnieki no MIT Plašā institūta un Hārvardas un McGovern smadzeņu pētniecības institūta MIT ir izstrādājuši sistēmu, kas var atpazīt noteiktu RNS secību dzīvās šūnās un radīt interesantu proteīnu, reaģējot. Izmantojot šo tehnoloģiju, komanda parādīja, kā viņi var identificēt konkrētus šūnu tipus, atklāt un izmērīt izmaiņas atsevišķu gēnu ekspresijā, izsekot transkripcijas stāvokļiem un kontrolēt sintētiskās mRNS kodēto proteīnu ražošanu.

Platforma, ko sauc par pārprogrammējamiem ADAR sensoriem vai RADARS, pat ļāva komandai mērķēt un nogalināt noteikta veida šūnas. Komanda teica, ka RADARS kādu dienu varētu palīdzēt pētniekiem atklāt un selektīvi nogalināt audzēja šūnas vai rediģēt genomu konkrētās šūnās. Pētījums šodien parādās Nature Biotechnology, un to vadīja līdzautori Kaiyi Jiang (MIT), Džeremijs Koobs (Broad), Xi Chen (plašs), Rohan Krajeski (MIT) un Yifan Zhang (Broad).

"Viena no genomikas revolūcijām ir bijusi spēja sekvencēt šūnu transkriptus," sacīja Fei Čens, Broad Core Institute loceklis, Merkin Fellow, Hārvardas universitātes docents un pētījuma līdzautors. "Tas patiešām ir ļāvis mums uzzināt par šūnu veidiem un stāvokļiem. Taču mēs bieži neesam spējuši īpaši manipulēt ar šīm šūnām. RADARS ir liels solis šajā virzienā."

Pašlaik rīkus, kas mums ir nepieciešami, lai efektīvi izmantotu šūnu marķierus, ir grūti izstrādāt un izstrādāt. Mēs patiešām vēlējāmies atrast programmējamu veidu, kā uztvert šūnas stāvokli un reaģēt uz to.

Omar Abudayyeh, Makgoverna institūta līdzstrādnieks un pētījuma līdzautors

Džonatans Gūtenbergs, kurš ir arī McGovern institūta līdzstrādnieks un līdzautors, saka, ka viņu komanda vēlējās izstrādāt rīku, lai izmantotu visus datus, ko sniedz vienas šūnas RNS sekvencēšana, kas ir atklājusi plašu šūnu tipu un šūnu stāvokļu klāstu organismā.

"Mēs vēlējāmies jautāt, kā mēs varam manipulēt ar šūnu identitāti tādā veidā, kas ir tikpat vienkāršs kā genoma rediģēšana ar CRISPR," viņš teica. "Un mēs esam priecīgi redzēt, ko lauks ar to dara."

RNS rediģēšanas atkārtota izmantošana

RADARS platforma ģenerē vēlamo proteīnu, kad tā atpazīst noteiktu RNS, izmantojot RNS rediģēšanas priekšrocības, kas dabiski notiek šūnās.

Sistēma sastāv no RNS, kas satur divus komponentus: virzošo reģionu, kas saistās ar mērķa RNS secību, ko zinātnieki vēlas uztvert šūnās, un kravnesības reģiona, kas kodē interesējošo proteīnu, piem. B. nogalina fluorescences signālu vai šūnu fermentu. Kad vadošā RNS saistās ar mērķa RNS, tas rada īsu divpavedienu RNS sekvenci, kas satur neatbilstību starp divām bāzēm secībā -; Adenozīns (A) un citozīns (C). Šī neatbilstība piesaista dabiski sastopamu RNS rediģējošu proteīnu saimi, ko sauc par RNS iedarbojošām adenozīna deamināzēm (ADAR).

RADARS maiņstrāvas neatbilstība parādās "apturēšanas signālā" vadošajā RNS, kas novērš vēlamās slodzes proteīna ražošanu. ADAR rediģē un deaktivizē apturēšanas signālu, ļaujot tulkot šo proteīnu. Šo molekulāro notikumu secība ir atslēga RADARS kā sensora funkcijai; Interesējošais proteīns tiek ražots tikai pēc tam, kad virzošā RNS saistās ar mērķa RNS un ADAR deaktivizē apturēšanas signālu.

Komanda pārbaudīja RADARS dažādos šūnu tipos un ar dažādām mērķa sekvencēm un olbaltumvielu produktiem. Viņi atklāja, ka RADARS atšķir nieru, dzemdes un aknu šūnas un var radīt dažādus fluorescējošus signālus, kā arī kaspāzi, enzīmu, kas nogalina šūnas. RADARS arī mērīja gēnu ekspresiju lielā dinamiskā diapazonā, parādot to kā sensoru lietderību.

Lielākā daļa sistēmu veiksmīgi atpazina mērķa sekvences, izmantojot šūnas dabiskos ADAR proteīnus, taču komanda atklāja, ka šūnu papildināšana ar papildu ADAR proteīniem palielināja signāla stiprumu. Abudayyeh saka, ka abi gadījumi ir potenciāli noderīgi; Šūnas vietējo rediģēšanas proteīnu izmantošana samazinātu iespējamību, ka ārstniecības lietojumos tiks veikta rediģēšana ārpus mērķa, taču to papildināšana varētu palīdzēt radīt spēcīgākus efektus, ja RADARS tiek izmantoti kā pētniecības instruments laboratorijā.

Uz radara

Abudayyeh, Chen un Gootenberg saka, ka, tā kā gan virzošā RNS, gan lietderīgās slodzes RNS ir modificējamas, citi var viegli pārveidot RADARS, lai mērķētu uz dažādiem šūnu tipiem un radītu dažādus signālus vai lietderīgās slodzes. Viņi arī izveidoja sarežģītākus RADARS, kuros šūnas ražoja vienu proteīnu, kad tās juta divas RNS sekvences, un otru, kad tās juta vienu vai otru RNS secību. Komanda piebilst, ka līdzīgi RADARS varētu palīdzēt zinātniekiem noteikt vairāk nekā vienu šūnu tipu vienlaikus, kā arī sarežģītus šūnu stāvokļus, kurus nevar definēt ar vienu RNS transkriptu.

Galu galā pētnieki cer izstrādāt dizaina noteikumu kopumu, lai citiem būtu vieglāk izstrādāt RADARS saviem eksperimentiem. Viņi ierosina, ka citi zinātnieki varētu izmantot RADAR, lai manipulētu ar imūno šūnu stāvokli, izsekotu neironu aktivitāti, reaģējot uz stimuliem, vai piegādātu terapeitisko mRNS konkrētiem audiem.

"Mēs domājam, ka šī ir patiešām interesanta paradigma gēnu ekspresijas kontrolei," sacīja Čens. "Mēs pat nevaram paredzēt, kādas būs labākās lietojumprogrammas. Tas patiešām izriet no cilvēku ar interesantu bioloģiju un jūsu izstrādāto rīku kombinācijas."

Avots:

Plašais MIT un Hārvardas institūts

Atsauce:

Jiang, K. u.c. (2022) Programmējama eikariotu olbaltumvielu sintēze ar RNS sensoriem, izmantojot ADAR. Dabiskā biotehnoloģija. doi.org/10.1038/s41587-022-01534-5.

.