RNA传感平台可以帮助检测和选择性杀死肿瘤或编辑特定细胞中的基因组

RNA传感平台可以帮助检测和选择性杀死肿瘤或编辑特定细胞中的基因组

麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所以及麻省理工学院麦戈文脑研究所的研究人员开发了一种系统，可以识别活细胞中的特定 RNA 序列，并产生一种有趣的蛋白质作为响应。 利用该技术，该团队展示了如何识别特定细胞类型、检测和测量单个基因表达的变化、跟踪转录状态以及控制合成 mRNA 编码的蛋白质的产生。

该平台称为可重编程 ADAR 传感器 (RADARS)，甚至允许团队瞄准并杀死特定类型的细胞。 研究小组表示，雷达有一天可以帮助研究人员检测并选择性杀死肿瘤细胞或编辑特定细胞中的基因组。 该研究今天发表在《自然生物技术》杂志上，由共同第一作者 Kaiyi Jiang（麻省理工学院）、Jeremy Koob（博德大学）、Xi Chen（博德大学）、Rohan Krajeski（麻省理工学院）和 Yifan 张（博德大学）领导。

“基因组学的革命之一是对细胞转录组进行测序的能力，”布罗德核心研究所成员、默金研究员、哈佛大学助理教授、该研究的共同通讯作者陈飞说。 “这确实使我们能够了解细胞类型和状态。但我们通常无法专门操纵这些细胞。雷达是朝这个方向迈出的一大步。”

目前，我们有效使用细胞标记物的工具很难开发和设计。 我们真的想找到一种可编程的方法来感知细胞状态并对其做出响应。”

奥马尔·阿布达耶 (Omar Abudayyeh)，麦戈文研究所研究员、该研究的共同通讯作者

麦戈文研究所研究员兼通讯作者 Jonathan Gootenberg 表示，他们的团队热衷于开发一种工具来利用单细胞 RNA 测序提供的所有数据，该测序揭示了体内多种细胞类型和细胞状态。

“我们想知道如何以一种像用 CRISPR 编辑基因组一样简单的方式操纵细胞身份，”他说。 “我们很高兴看到该领域如何利用它。”

重新利用 RNA 编辑

RADARS 平台利用细胞中自然发生的 RNA 编辑来识别特定的 RNA，从而生成所需的蛋白质。

该系统由包含两个组件的 RNA 组成：一个与科学家想要在细胞中捕获的目标 RNA 序列结合的引导区域，以及一个编码感兴趣的蛋白质（例如蛋白质）的有效负载区域。 B. 杀死荧光信号或细胞酶。 当引导 RNA 与目标 RNA 结合时，会产生一个短双链 RNA 序列，其中包含序列中两个碱基之间的错配 -； 腺苷 (A) 和胞嘧啶 (C)。 这种不匹配吸引了一个天然存在的 RNA 编辑蛋白家族，称为 RNA 作用腺苷脱氨酶 (ADAR)。

在 RADARS 中，AC 错配出现在引导 RNA 的“停止信号”内，阻止所需有效负载蛋白的产生。 ADAR 编辑并停用停止信号，从而允许该蛋白质进行翻译。 这些分子事件的顺序对于雷达作​​为传感器的功能至关重要。 仅当指导 RNA 与目标 RNA 结合且 ADAR 停用停止信号后，才会产生感兴趣的蛋白质。

该团队在不同的细胞类型和不同的靶序列和蛋白质产品中测试了 RADARS。 他们发现 RADARS 可以区分肾细胞、子宫细胞和肝细胞，并且可以产生不同的荧光信号以及半胱天冬酶（一种杀死细胞的酶）。 雷达还测量了大动态范围内的基因表达，证明了它们作为传感器的有用性。

大多数系统使用细胞的天然 ADAR 蛋白成功识别目标序列，但研究小组发现，向细胞补充额外的 ADAR 蛋白会增加信号的强度。 Abudayyeh 表示，这两种情况都可能有用。 利用细胞的天然编辑蛋白可以最大限度地减少治疗应用中脱靶编辑的可能性，但当 RADARS 用作实验室研究工具时，补充它们可能有助于产生更有效的效果。

在雷达上

Abudayyeh、Chen 和 Gootenberg 表示，由于引导 RNA 和有效负载 RNA 都是可修改的，其他人可以轻松地重新设计 RADARS 以针对不同的细胞类型并产生不同的信号或有效负载。 他们还构建了更复杂的 RADARS，其中细胞在感知到两个 RNA 序列时产生一种蛋白质，而在感知到一个或另一个 RNA 序列时产生另一种蛋白质。 研究小组补充说，类似的 RADARS 可以帮助科学家一次检测多种细胞类型，以及无法由单个 RNA 转录本定义的复杂细胞状态。

最终，研究人员希望制定一套设计规则，以便其他人更容易为自己的实验开发雷达。 他们建议其他科学家可以使用 RADAR 来操纵免疫细胞的状态，跟踪响应刺激的神经元活动，或将治疗性 mRNA 传递到特定组织。

“我们认为这是控制基因表达的一个非常有趣的范例，”陈说。 “我们甚至无法预测最好的应用是什么。这实际上来自于具有有趣生物学知识的人和你开发的工具的结合。”

来源：

麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所

参考：

江，K.，等人。 (2022) 使用 ADAR 通过 RNA 传感器进行可编程真核蛋白质合成。 天然生物技术。 doi.org/10.1038/s41587-022-01534-5 。

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