Platforma do wykrywania RNA może pomóc w wykrywaniu i selektywnym zabijaniu nowotworów lub edytowaniu genomu określonych komórek

Platforma do wykrywania RNA może pomóc w wykrywaniu i selektywnym zabijaniu nowotworów lub edytowaniu genomu określonych komórek

Naukowcy z Broad Institute of MIT i Harvard oraz McGovern Institute for Brain Research na MIT opracowali system, który potrafi rozpoznać konkretną sekwencję RNA w żywych komórkach i w odpowiedzi wytworzyć interesujące białko. Korzystając z tej technologii, zespół zademonstrował, w jaki sposób może identyfikować określone typy komórek, wykrywać i mierzyć zmiany w ekspresji poszczególnych genów, śledzić stany transkrypcji i kontrolować produkcję białek kodowanych przez syntetyczny mRNA.

Platforma zwana Reprogrammable ADAR Sensors, w skrócie RADARS, umożliwiła zespołowi nawet namierzenie i zabicie określonego typu komórek. Zespół stwierdził, że RADARS może pewnego dnia pomóc naukowcom w wykrywaniu i selektywnym zabijaniu komórek nowotworowych lub edytowaniu genomu określonych komórek. Badanie ukazuje się dzisiaj w Nature Biotechnology, a kierowali nim współpierwsi autorzy: Kaiyi Jiang (MIT), Jeremy Koob (Broad), Xi Chen (Broad), Rohan Krajeski (MIT) i Yifan Zhang (Broad).

„Jedną z rewolucji w genomice była możliwość sekwencjonowania transkryptomów komórek” – powiedział Fei Chen, członek Core Institute w Broad, Merkin Fellow, adiunkt na Uniwersytecie Harvarda i współautor badania. „To naprawdę pozwoliło nam poznać typy i stany komórek. Jednak często nie byliśmy w stanie konkretnie manipulować tymi komórkami. RADARS to duży krok w tym kierunku”.

W chwili obecnej narzędzia, którymi dysponujemy, aby skutecznie wykorzystywać markery komórkowe, są trudne do opracowania i zaprojektowania. Naprawdę chcieliśmy znaleźć programowalny sposób wykrywania stanu komórki i reagowania na niego”.

Omar Abudayyeh, pracownik Instytutu McGovern i współautor badania

Jonathan Gootenberg, który jest także pracownikiem Instytutu McGovern i współautorem do korespondencji, twierdzi, że ich zespołowi zależało na opracowaniu narzędzia umożliwiającego wykorzystanie wszystkich danych uzyskanych w wyniku sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek, które ujawniło szeroki zakres typów i stanów komórek w organizmie.

„Chcieliśmy zapytać, w jaki sposób możemy manipulować tożsamością komórkową w sposób tak prosty, jak edycja genomu za pomocą CRISPR” – powiedział. „Jesteśmy podekscytowani możliwością zobaczenia, co z tym zrobi dziedzina”.

Zmiana przeznaczenia edycji RNA

Platforma RADARS generuje pożądane białko po rozpoznaniu określonego RNA, korzystając z edycji RNA, która występuje naturalnie w komórkach.

System składa się z RNA zawierającego dwa składniki: region kierujący, który wiąże się z docelową sekwencją RNA, którą naukowcy chcą wychwycić w komórkach, oraz region ładunku, który koduje interesujące białko, np. B. zabić sygnał fluorescencji lub enzym komórkowy. Kiedy kierujący RNA wiąże się z docelowym RNA, tworzy się krótka dwuniciowa sekwencja RNA, która zawiera niedopasowanie pomiędzy dwiema zasadami w sekwencji -; Adenozyna (A) i cytozyna (C). To niedopasowanie przyciąga naturalnie występującą rodzinę białek edytujących RNA zwanych deaminazami adenozynowymi działającymi na RNA (ADAR).

W RADARS-ach niedopasowanie AC pojawia się w ramach „sygnału stopu” w przewodnim RNA, który zapobiega wytwarzaniu pożądanego białka ładunku. ADAR edytują i dezaktywują sygnał stopu, umożliwiając translację tego białka. Kolejność tych zdarzeń molekularnych jest kluczowa dla funkcjonowania RADARSÓW jako czujnika; Interesujące białko jest wytwarzane dopiero po związaniu się kierującego RNA z docelowym RNA, a ADAR dezaktywują sygnał stopu.

Zespół przetestował RADARS w różnych typach komórek, z różnymi sekwencjami docelowymi i produktami białkowymi. Odkryli, że RADARS rozróżnia komórki nerek, macicy i wątroby i może wytwarzać różne sygnały fluorescencyjne, a także kaspazę, enzym zabijający komórki. RADARS mierzył także ekspresję genów w dużym zakresie dynamicznym, wykazując ich przydatność jako czujników.

Większość systemów z powodzeniem rozpoznała sekwencje docelowe przy użyciu natywnych białek ADAR komórki, ale zespół odkrył, że uzupełnienie komórek dodatkowymi białkami ADAR zwiększyło siłę sygnału. Abudayyeh twierdzi, że oba przypadki są potencjalnie przydatne; Wykorzystanie natywnych białek edycyjnych komórki zminimalizowałoby prawdopodobieństwo nieprawidłowej edycji w zastosowaniach terapeutycznych, ale uzupełnienie ich mogłoby pomóc w uzyskaniu silniejszych efektów, gdy RADARS będą wykorzystywane jako narzędzie badawcze w laboratorium.

Na radarze

Abudayyeh, Chen i Gootenberg twierdzą, że ponieważ zarówno RNA kierujący, jak i RNA ładunku są modyfikowalne, inni mogą z łatwością przeprojektować RADARY, aby atakowały różne typy komórek i wytwarzały różne sygnały lub ładunki. Skonstruowali także bardziej złożone RADARY, w których komórki wytwarzały jedno białko, gdy wykryły dwie sekwencje RNA, a drugie, gdy wykryły jedną lub drugą sekwencję RNA. Zespół dodaje, że podobne RADARS mogą pomóc naukowcom wykryć więcej niż jeden typ komórek jednocześnie, a także złożone stany komórkowe, których nie można zdefiniować na podstawie pojedynczego transkryptu RNA.

Docelowo naukowcy mają nadzieję opracować zestaw zasad projektowania, które ułatwią innym opracowywanie RADARÓW do własnych eksperymentów. Sugerują, że inni naukowcy mogliby wykorzystać RADAR do manipulowania stanem komórek odpornościowych, śledzenia aktywności neuronów w odpowiedzi na bodźce lub dostarczania terapeutycznego mRNA do określonych tkanek.

„Uważamy, że jest to naprawdę interesujący paradygmat kontrolowania ekspresji genów” – powiedział Chen. „Nie możemy nawet przewidzieć, jakie będą najlepsze zastosowania. Tak naprawdę wynika to z połączenia ludzi o ciekawej biologii i opracowywanych narzędzi”.

Źródło:

Szeroki Instytut MIT i Harvardu

Odniesienie:

Jiang, K. i in. (2022) Programowalna synteza białek eukariotycznych za pomocą czujników RNA z wykorzystaniem ADAR. Biotechnologia naturalna. doi.org/10.1038/s41587-022-01534-5.

.