Platforma de detectare a ARN-ului ar putea ajuta la detectarea și uciderea selectivă a tumorilor sau editarea genomul în anumite celule

Platforma de detectare a ARN-ului ar putea ajuta la detectarea și uciderea selectivă a tumorilor sau editarea genomul în anumite celule

Cercetătorii de la Broad Institute of MIT și Harvard și McGovern Institute for Brain Research de la MIT au dezvoltat un sistem care poate recunoaște o secvență specifică de ARN în celulele vii și poate produce o proteină interesantă ca răspuns. Folosind tehnologia, echipa a demonstrat cum ar putea identifica anumite tipuri de celule, detecta și măsura modificările în expresia genelor individuale, urmărește stările transcripționale și controlează producția de proteine ​​codificate de ARNm sintetic.

Platforma, numită Senzori ADAR reprogramabili sau RADARS, a permis echipei chiar să țintească și să omoare un anumit tip de celulă. Echipa a spus că RADARS ar putea ajuta într-o zi cercetătorii să detecteze și să omoare selectiv celulele tumorale sau să editeze genomul în anumite celule. Studiul apare astăzi în Nature Biotechnology și a fost condus de primii autori Kaiyi Jiang (MIT), Jeremy Koob (Broad), Xi Chen (Broad), Rohan Krajeski (MIT) și Yifan Zhang (Broad).

„Una dintre revoluțiile din genomică a fost capacitatea de a secvența transcriptomurile celulelor”, a spus Fei Chen, membru al Institutului Core la Broad, Merkin Fellow, profesor asistent la Universitatea Harvard și co-autor corespondent al studiului. „Acest lucru ne-a permis într-adevăr să învățăm despre tipurile și stările de celule. Dar de multe ori nu am reușit să manipulăm în mod specific aceste celule. RADARES este un pas mare în această direcție”.

În prezent, instrumentele pe care le avem pentru a folosi eficient markerii celulari sunt dificil de dezvoltat și de proiectat. Ne-am dorit cu adevărat să găsim o modalitate programabilă de a simți starea unei celule și de a răspunde la ea.”

Omar Abudayyeh, un bursier la Institutul McGovern și co-autor corespondent al studiului

Jonathan Gootenberg, care este, de asemenea, coleg al Institutului McGovern și autor corespondent, spune că echipa lor a dorit să dezvolte un instrument care să profite de toate datele furnizate de secvențierea ARN-ului unicelular, care a dezvăluit o gamă largă de tipuri de celule și stări de celule din organism.

„Am vrut să întrebăm cum putem manipula identitățile celulare într-un mod care este la fel de simplu ca editarea genomului cu CRISPR”, a spus el. „Și suntem încântați să vedem ce face terenul cu el.”

Umwidmung der RNA-Bearbeitung

Platforma RADARS generează o proteină dorită atunci când recunoaște un ARN specific, profitând de editarea ARN care are loc în mod natural în celule.

Sistemul constă dintr-un ARN care conține două componente: o regiune de ghidare care se leagă de secvența ARN țintă pe care oamenii de știință doresc să o capteze în celule și o regiune de sarcină utilă care codifică proteina de interes, de ex. B. distruge un semnal de fluorescență sau o enzimă celulară. When the guide RNA binds to the target RNA, this creates a short double-stranded RNA sequence that contains a mismatch between two bases in the sequence -; Adenozină (A) și citozină (C). Această nepotrivire atrage o familie naturală de proteine ​​de editare a ARN numite adenozin deaminaze care acționează cu ARN (ADAR).

În RADARS, nepotrivirea AC apare într-un „semnal de oprire” în ARN-ul ghid care împiedică producerea proteinei de sarcină utilă dorită. ADAR-urile editează și dezactivează semnalul de oprire, permițând traducerea acestei proteine. Ordinea acestor evenimente moleculare este cheia funcției RADARS ca senzor; Proteina de interes este produsă numai după ce ARN-ul ghid se leagă de ARN-ul țintă și ADAR-urile dezactivează semnalul de oprire.

Echipa a testat RADARS în diferite tipuri de celule și cu diferite secvențe țintă și produse proteice. Ei au descoperit că RADARS face distincția între celulele renale, uterine și hepatice și ar putea produce diferite semnale fluorescente, precum și o caspază, o enzimă care ucide celulele. RADARS a măsurat, de asemenea, expresia genelor într-un interval dinamic mare, demonstrând utilitatea lor ca senzori.

Majoritatea sistemelor au recunoscut cu succes secvențele țintă folosind proteinele ADAR native ale celulei, dar echipa a descoperit că suplimentarea celulelor cu proteine ​​ADAR suplimentare a crescut puterea semnalului. Abudayyeh spune că ambele cazuri sunt potențial utile; Valorificarea proteinelor de editare native ale celulelor ar reduce la minimum probabilitatea de editare în afara țintă în aplicații terapeutice, dar completarea acestora ar putea ajuta la producerea de efecte mai puternice atunci când RADARS-urile sunt utilizate ca instrument de cercetare în laborator.

Pe radar

Abudayyeh, Chen și Gootenberg spun că, deoarece atât ARN-ul de ghidare, cât și ARN-ul de sarcină utilă sunt modificabile, alții pot reproiecta cu ușurință RADARS-urile pentru a viza diferite tipuri de celule și pentru a produce semnale sau sarcini utile diferite. Ei au construit, de asemenea, RADARE mai complexe, în care celulele au produs o proteină atunci când au simțit două secvențe de ARN și alta când au simțit una sau alta secvență de ARN. Echipa adaugă că RADARS similare ar putea ajuta oamenii de știință să detecteze mai mult de un tip de celule simultan, precum și stări celulare complexe care nu pot fi definite printr-o singură transcriere ARN.

În cele din urmă, cercetătorii speră să dezvolte un set de reguli de proiectare pentru a facilita altora să dezvolte RADARS pentru propriile experimente. Ei sugerează că alți oameni de știință ar putea folosi RADAR pentru a manipula starea celulelor imune, pentru a urmări activitatea neuronală ca răspuns la stimuli sau pentru a furniza ARNm terapeutic unor țesuturi specifice.

„Credem că aceasta este o paradigmă cu adevărat interesantă pentru controlul expresiei genelor”, a spus Chen. „Nici măcar nu putem prezice care vor fi cele mai bune aplicații. Asta vine cu adevărat din combinația de oameni cu biologie interesantă și instrumentele pe care le dezvoltați”.

Sursă:

Broad Institute din MIT și Harvard

Referinţă:

Jiang, K., şi colab. (2022) Sinteză programabilă de proteine ​​eucariote cu senzori ARN utilizând ADAR. Biotehnologia naturală. doi.org/10.1038/s41587-022-01534-5.

.