Platforma na snímanie RNA by mohla pomôcť odhaliť a selektívne zabiť nádory alebo upraviť genóm v špecifických bunkách

Platforma na snímanie RNA by mohla pomôcť odhaliť a selektívne zabiť nádory alebo upraviť genóm v špecifických bunkách

Výskumníci z Broad Institute of MIT a Harvard a McGovern Institute for Brain Research na MIT vyvinuli systém, ktorý dokáže rozpoznať špecifickú sekvenciu RNA v živých bunkách a ako odpoveď produkovať zaujímavý proteín. Pomocou tejto technológie tím ukázal, ako dokáže identifikovať špecifické typy buniek, detekovať a merať zmeny v expresii jednotlivých génov, sledovať transkripčné stavy a kontrolovať produkciu proteínov kódovaných syntetickou mRNA.

Platforma s názvom Reprogrammable ADAR Sensors alebo RADARS dokonca umožnila tímu zamerať a zabiť konkrétny typ bunky. Tím povedal, že RADARS by jedného dňa mohol pomôcť výskumníkom odhaliť a selektívne zabiť nádorové bunky alebo upraviť genóm v špecifických bunkách. Štúdia sa dnes objavuje v Nature Biotechnology a viedli ju spoluautori Kaiyi Jiang (MIT), Jeremy Koob (Broad), Xi Chen (Broad), Rohan Krajeski (MIT) a Yifan Zhang (Broad).

„Jednou z revolúcií v genomike bola schopnosť sekvenovať transkriptómy buniek,“ povedal Fei Chen, člen Core Institute na Broad, Merkin Fellow, odborný asistent na Harvardskej univerzite a spoluzodpovedný autor štúdie. "To nám skutočne umožnilo dozvedieť sa o bunkových typoch a stavoch. Ale často sme neboli schopní špecificky manipulovať s týmito bunkami. RADARS je veľký krok týmto smerom."

V súčasnosti je ťažké vyvinúť a skonštruovať nástroje, ktoré máme na efektívne používanie bunkových markerov. Naozaj sme chceli nájsť programovateľný spôsob, ako snímať stav bunky a reagovať naň.“

Omar Abudayyeh, kolega z McGovern Institute a spoluzodpovedajúci autor štúdie

Jonathan Gootenberg, ktorý je tiež členom McGovern Institute a spoluzodpovedným autorom, hovorí, že ich tím chcel vyvinúť nástroj na využitie všetkých údajov poskytnutých jednobunkovým sekvenovaním RNA, ktoré odhalilo širokú škálu bunkových typov a stavov buniek v tele.

"Chceli sme sa opýtať, ako môžeme manipulovať s bunkovými identitami spôsobom, ktorý je taký jednoduchý ako úprava genómu pomocou CRISPR," povedal. "A sme nadšení, že uvidíme, čo s tým pole urobí."

Zmena účelu úpravy RNA

Platforma RADARS generuje požadovaný proteín, keď rozpoznáva špecifickú RNA využitím výhod úpravy RNA, ktorá sa prirodzene vyskytuje v bunkách.

Systém pozostáva z RNA, ktorá obsahuje dve zložky: vodiacu oblasť, ktorá sa viaže na cieľovú sekvenciu RNA, ktorú chcú vedci zachytiť v bunkách, a oblasť užitočného zaťaženia, ktorá kóduje požadovaný proteín, napr. B. zabíja fluorescenčný signál alebo bunkový enzým. Keď sa vodiaca RNA naviaže na cieľovú RNA, vytvorí sa krátka dvojvláknová sekvencia RNA, ktorá obsahuje nesúlad medzi dvoma bázami v sekvencii -; Adenozín (A) a cytozín (C). Tento nesúlad priťahuje prirodzene sa vyskytujúcu rodinu proteínov upravujúcich RNA nazývaných adenozíndeaminázy pôsobiace na RNA (ADAR).

V RADARS sa nesúlad AC objaví v rámci „stop signálu“ vo vodiacej RNA, ktorý bráni produkcii požadovaného proteínu užitočného zaťaženia. ADAR upravujú a deaktivujú stop signál, čo umožňuje transláciu tohto proteínu. Poradie týchto molekulárnych udalostí je kľúčové pre funkciu RADARS ako senzora; Požadovaný proteín je produkovaný až potom, čo sa vodiaca RNA naviaže na cieľovú RNA a ADAR deaktivujú stop signál.

Tím testoval RADARS v rôznych typoch buniek a s rôznymi cieľovými sekvenciami a proteínovými produktmi. Zistili, že RADARS rozlišuje medzi obličkovými, maternicovými a pečeňovými bunkami a môže produkovať rôzne fluorescenčné signály, ako aj kaspázu, enzým, ktorý zabíja bunky. RADARS tiež meral génovú expresiu vo veľkom dynamickom rozsahu, čím demonštroval ich užitočnosť ako senzory.

Väčšina systémov úspešne rozpoznala cieľové sekvencie pomocou natívnych proteínov ADAR bunky, ale tím zistil, že doplnenie buniek ďalšími proteínmi ADAR zvýšilo silu signálu. Abudayyeh hovorí, že oba prípady sú potenciálne užitočné; Využitím natívnych editačných proteínov bunky by sa minimalizovala pravdepodobnosť mimocieľovej úpravy v terapeutických aplikáciách, ale ich doplnenie by mohlo pomôcť produkovať účinnejšie účinky, keď sa RADARS používajú ako výskumný nástroj v laboratóriu.

Na radare

Abudayyeh, Chen a Gootenberg hovoria, že pretože vodiaca RNA aj RNA užitočného zaťaženia sú modifikovateľné, iní môžu jednoducho prepracovať RADARS tak, aby sa zamerali na rôzne typy buniek a produkovali rôzne signály alebo užitočné zaťaženia. Skonštruovali aj zložitejšie RADARS, v ktorých bunky produkovali jeden proteín, keď snímali dve sekvencie RNA a druhý, keď snímali jednu alebo druhú sekvenciu RNA. Tím dodáva, že podobné RADARS by vedcom mohli pomôcť odhaliť viac ako jeden typ buniek naraz, ako aj zložité bunkové stavy, ktoré nemožno definovať jediným prepisom RNA.

Nakoniec výskumníci dúfajú, že vyvinú súbor pravidiel dizajnu, ktoré ostatným uľahčia vývoj RADARS pre ich vlastné experimenty. Naznačujú, že iní vedci by mohli použiť RADAR na manipuláciu so stavom imunitných buniek, sledovanie aktivity neurónov v reakcii na podnety alebo dodávanie terapeutickej mRNA do špecifických tkanív.

"Myslíme si, že toto je skutočne zaujímavá paradigma na kontrolu génovej expresie," povedal Chen. "Nemôžeme ani predpovedať, aké budú najlepšie aplikácie. To skutočne pochádza z kombinácie ľudí so zaujímavou biológiou a nástrojov, ktoré vyvíjate."

Zdroj:

Broad Institute of MIT a Harvard

Referencia:

Jiang, K., a kol. (2022) Programovateľná syntéza eukaryotických proteínov s RNA senzormi pomocou ADAR. Prírodná biotechnológia. doi.org/10.1038/s41587-022-01534-5.

.