A plataforma de detecção de RNA pode ajudar a detectar e matar tumores seletivamente ou editar o genoma em células específicas

A plataforma de detecção de RNA pode ajudar a detectar e matar tumores seletivamente ou editar o genoma em células específicas

Pesquisadores do Broad Institute do MIT e Harvard e do McGovern Institute for Brain Research do MIT desenvolveram um sistema que pode reconhecer uma sequência específica de RNA em células vivas e produzir uma proteína interessante em resposta. Usando a tecnologia, a equipe demonstrou como poderiam identificar tipos específicos de células, detectar e medir mudanças na expressão de genes individuais, rastrear estados transcricionais e controlar a produção de proteínas codificadas por mRNA sintético.

A plataforma, chamada Sensores ADAR Reprogramáveis, ou RADARS, permitiu até que a equipe mirasse e matasse um tipo específico de célula. A equipe disse que o RADARS poderá um dia ajudar os pesquisadores a detectar e matar seletivamente células tumorais ou editar o genoma de células específicas. O estudo aparece hoje na Nature Biotechnology e foi liderado pelos co-autores Kaiyi Jiang (MIT), Jeremy Koob (Broad), Xi Chen (Broad), Rohan Krajeski (MIT) e Yifan Zhang (Broad).

“Uma das revoluções na genômica foi a capacidade de sequenciar os transcriptomas das células”, disse Fei Chen, membro do Core Institute do Broad, Merkin Fellow, professor assistente da Universidade de Harvard e co-autor correspondente do estudo. "Isso realmente nos permitiu aprender sobre os tipos e estados das células. Mas muitas vezes não conseguimos manipular especificamente essas células. O RADARS é um grande passo nessa direção."

No momento, as ferramentas de que dispomos para usar marcadores celulares de maneira eficaz são difíceis de desenvolver e projetar. Queríamos realmente encontrar uma maneira programável de detectar o estado de uma célula e responder a ele.”

Omar Abudayyeh, pesquisador do Instituto McGovern e co-autor correspondente do estudo

Jonathan Gootenberg, que também é membro do Instituto McGovern e co-autor correspondente, diz que sua equipe estava interessada em desenvolver uma ferramenta para aproveitar todos os dados fornecidos pelo sequenciamento de RNA unicelular, que revelou uma ampla gama de tipos e estados celulares no corpo.

“Queríamos perguntar como podemos manipular identidades celulares de uma forma tão simples quanto editar o genoma com CRISPR”, disse ele. “E estamos entusiasmados para ver o que o campo fará com isso.”

Reaproveitando a edição de RNA

A plataforma RADARS gera uma proteína desejada quando reconhece um RNA específico, aproveitando a edição do RNA que ocorre naturalmente nas células.

O sistema consiste em um RNA que contém dois componentes: uma região guia que se liga à sequência alvo de RNA que os cientistas desejam capturar nas células e uma região de carga útil que codifica a proteína de interesse, por exemplo. B. matar um sinal de fluorescência ou uma enzima celular. Quando o RNA guia se liga ao RNA alvo, isso cria uma sequência curta de RNA de fita dupla que contém uma incompatibilidade entre duas bases na sequência -; Adenosina (A) e citosina (C). Essa incompatibilidade atrai uma família natural de proteínas de edição de RNA chamadas adenosina desaminases atuantes em RNA (ADARs).

Nos RADARS, a incompatibilidade AC aparece dentro de um “sinal de parada” no RNA guia que impede a produção da proteína de carga útil desejada. Os ADARs editam e desativam o sinal de parada, permitindo a tradução desta proteína. A ordem desses eventos moleculares é fundamental para a função do RADARS como sensor; A proteína de interesse é produzida somente depois que o RNA guia se liga ao RNA alvo e os ADARs desativam o sinal de parada.

A equipe testou RADARS em diferentes tipos de células e com diferentes sequências-alvo e produtos proteicos. Eles descobriram que os RADARS distinguiam células renais, uterinas e hepáticas e podiam produzir diferentes sinais fluorescentes, bem como uma caspase, uma enzima que mata células. Os RADARS também mediram a expressão genética em uma ampla faixa dinâmica, demonstrando sua utilidade como sensores.

A maioria dos sistemas reconheceu com sucesso as sequências alvo usando as proteínas ADAR nativas da célula, mas a equipe descobriu que a suplementação das células com proteínas ADAR adicionais aumentou a força do sinal. Abudayyeh diz que ambos os casos são potencialmente úteis; Aproveitar as proteínas de edição nativas da célula minimizaria a probabilidade de edição fora do alvo em aplicações terapêuticas, mas complementá-las poderia ajudar a produzir efeitos mais potentes quando os RADARS fossem usados ​​como ferramenta de pesquisa em laboratório.

No radar

Abudayyeh, Chen e Gootenberg dizem que, como tanto o RNA guia quanto o RNA de carga útil são modificáveis, outros podem facilmente redesenhar os RADARS para atingir diferentes tipos de células e produzir diferentes sinais ou cargas úteis. Eles também construíram RADARS mais complexos, nos quais as células produziam uma proteína quando detectavam duas sequências de RNA e outra quando detectavam uma ou outra sequência de RNA. A equipe acrescenta que RADARS semelhantes poderiam ajudar os cientistas a detectar mais de um tipo de célula por vez, bem como estados celulares complexos que não podem ser definidos por uma única transcrição de RNA.

Em última análise, os investigadores esperam desenvolver um conjunto de regras de design para tornar mais fácil para outros desenvolverem RADARS para as suas próprias experiências. Eles sugerem que outros cientistas poderiam usar o RADAR para manipular o estado das células imunológicas, rastrear a atividade neuronal em resposta a estímulos ou entregar mRNA terapêutico a tecidos específicos.

“Achamos que este é um paradigma realmente interessante para controlar a expressão genética”, disse Chen. "Não podemos nem prever quais serão as melhores aplicações. Isso realmente vem da combinação de pessoas com biologia interessante e das ferramentas que você desenvolve."

Fonte:

Instituto Amplo do MIT e Harvard

Referência:

Jiang, K., et al. (2022) Síntese de proteínas eucarióticas programáveis ​​com sensores de RNA usando ADAR. Biotecnologia natural. doi.org/10.1038/s41587-022-01534-5.

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