Platforma za zaznavanje RNA bi lahko pomagala odkriti in selektivno ubiti tumorje ali urediti genom v določenih celicah

Platforma za zaznavanje RNA bi lahko pomagala odkriti in selektivno ubiti tumorje ali urediti genom v določenih celicah

Raziskovalci na Broad Institute of MIT in Harvard ter McGovern Institute for Brain Research na MIT so razvili sistem, ki lahko prepozna specifično zaporedje RNA v živih celicah in kot odgovor proizvede zanimiv protein. Z uporabo tehnologije je ekipa pokazala, kako lahko identificira specifične tipe celic, odkrije in izmeri spremembe v izražanju posameznih genov, sledi transkripcijskim stanjem in nadzoruje proizvodnjo proteinov, kodiranih s sintetično mRNA.

Platforma, imenovana Reprogrammable ADAR Sensors ali RADARS, je ekipi celo omogočila ciljanje in ubijanje določene vrste celice. Ekipa je dejala, da bi lahko RADARS nekega dne pomagal raziskovalcem odkriti in selektivno uničiti tumorske celice ali urediti genom v določenih celicah. Študija se danes pojavlja v Nature Biotechnology in so jo vodili soavtorji Kaiyi Jiang (MIT), Jeremy Koob (Broad), Xi Chen (Broad), Rohan Krajeski (MIT) in Yifan Zhang (Broad).

"Ena od revolucij v genomiki je bila zmožnost zaporedja transkriptomov celic," je dejal Fei Chen, član Core Institute pri Broad, Merkin Fellow, docent na Univerzi Harvard in soavtor študije. "To nam je resnično omogočilo, da smo spoznali tipe in stanja celic. Vendar pogosto nismo mogli posebej manipulirati s temi celicami. RADARS je velik korak v to smer."

Trenutno je težko razviti in izdelati orodja, ki jih imamo za učinkovito uporabo celičnih označevalcev. Resnično smo želeli najti način, ki ga je mogoče programirati, da bi zaznali stanje celice in se nanj odzvali.«

Omar Abudayyeh, sodelavec na inštitutu McGovern in soavtor študije

Jonathan Gootenberg, ki je tudi sodelavec inštituta McGovern in soavtor, pravi, da je njihova ekipa želela razviti orodje za izkoriščanje vseh podatkov, pridobljenih s sekvenciranjem enocelične RNA, ki je razkrilo širok spekter tipov celic in stanj celic v telesu.

"Želeli smo vprašati, kako lahko manipuliramo s celičnimi identitetami na tako preprost način, kot je urejanje genoma s CRISPR," je dejal. "In navdušeni smo, da vidimo, kaj to področje počne s tem."

Spreminjanje namena urejanja RNA

Platforma RADARS ustvari želeno beljakovino, ko prepozna določeno RNK z izkoriščanjem urejanja RNK, ki se naravno pojavlja v celicah.

Sistem je sestavljen iz RNA, ki vsebuje dve komponenti: vodilno regijo, ki se veže na ciljno zaporedje RNA, ki jo znanstveniki želijo zajeti v celicah, in obremenitveno regijo, ki kodira beljakovino, ki nas zanima, npr. B. ubiti fluorescenčni signal ali celični encim. Ko se vodilna RNA veže na ciljno RNA, to ustvari kratko dvoverižno zaporedje RNA, ki vsebuje neujemanje med dvema bazama v zaporedju -; Adenozin (A) in citozin (C). To neujemanje pritegne naravno prisotno družino proteinov za urejanje RNA, imenovanih RNA-delujoče adenozin deaminaze (ADAR).

V RADARS-ih se AC neusklajenost pojavi znotraj "zaustavitvenega signala" v vodilni RNA, ki preprečuje proizvodnjo želenega tovornega proteina. ADAR-ji urejajo in deaktivirajo stop signal, kar omogoča prevod tega proteina. Vrstni red teh molekularnih dogodkov je ključen za funkcijo RADARS kot senzorja; Protein, ki nas zanima, se proizvede šele potem, ko se vodilna RNA veže na ciljno RNA in ADAR-ji deaktivirajo stop signal.

Ekipa je testirala RADARS v različnih vrstah celic in z različnimi ciljnimi sekvencami in beljakovinskimi produkti. Ugotovili so, da RADARS razlikuje med ledvičnimi, materničnimi in jetrnimi celicami in lahko proizvaja različne fluorescentne signale ter kaspazo, encim, ki ubija celice. RADARS je meril tudi izražanje genov v velikem dinamičnem razponu, kar je pokazalo njihovo uporabnost kot senzorjev.

Večina sistemov je uspešno prepoznala ciljne sekvence z uporabo nativnih proteinov ADAR celice, vendar je ekipa ugotovila, da je dodajanje celic dodatnim proteinom ADAR povečalo moč signala. Abudayyeh pravi, da sta oba primera potencialno uporabna; Izkoriščanje nativnih proteinov za urejanje celice bi zmanjšalo verjetnost urejanja, ki ni ciljno, v terapevtskih aplikacijah, vendar bi njihovo dopolnjevanje lahko pripomoglo k močnejšim učinkom, ko bi RADARJE uporabljali kot raziskovalno orodje v laboratoriju.

Na radarju

Abudayyeh, Chen in Gootenberg pravijo, da ker sta vodilna RNA in RNA koristnega tovora spremenljivi, lahko drugi zlahka preoblikujejo RADARJE za ciljanje na različne tipe celic in ustvarjanje različnih signalov ali tovora. Konstruirali so tudi bolj zapletene RADARJE, v katerih so celice proizvedle en protein, ko so zaznale dve zaporedji RNA, in drugega, ko so zaznale eno ali drugo zaporedje RNA. Ekipa dodaja, da bi podobni RADARJI lahko pomagali znanstvenikom pri odkrivanju več kot ene vrste celic hkrati, pa tudi zapletenih celičnih stanj, ki jih ni mogoče definirati z enim samim zapisom RNK.

Nazadnje raziskovalci upajo, da bodo razvili niz pravil oblikovanja, ki bodo drugim olajšala razvoj RADARJEV za lastne poskuse. Predlagajo, da bi lahko drugi znanstveniki uporabili RADAR za manipulacijo stanja imunskih celic, sledenje nevronske aktivnosti kot odziv na dražljaje ali dostavo terapevtske mRNA v specifična tkiva.

"Menimo, da je to res zanimiva paradigma za nadzor izražanja genov," je dejal Chen. "Ne moremo niti napovedati, katere bodo najboljše aplikacije. To resnično izhaja iz kombinacije ljudi z zanimivo biologijo in orodij, ki jih razvijete."

Vir:

Broad Institute MIT in Harvard

Referenca:

Jiang, K., et al. (2022) Programabilna evkariontska sinteza beljakovin s senzorji RNA z uporabo ADAR. Naravna biotehnologija. doi.org/10.1038/s41587-022-01534-5.

.