Исследователи из Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда, а также Института исследований мозга Макговерна в Массачусетском технологическом институте разработали систему, которая может обнаруживать определенную последовательность РНК в живых клетках и в ответ продуцировать интересующий белок. Используя эту технологию, команда показала, как они могут идентифицировать определенные типы клеток, обнаруживать и измерять изменения в экспрессии отдельных генов, отслеживать состояния транскрипции и контролировать производство белков, кодируемых синтетической мРНК.

Платформа под названием Reprogrammable ADAR Sensors, или RADARS, даже позволяла команде нацеливаться и уничтожать клетки определенного типа. Команда заявила, что в один прекрасный день RADARS может помочь исследователям обнаруживать и выборочно уничтожать опухолевые клетки или редактировать геном в определенных клетках. Исследование опубликовано сегодня в Nature Biotechnology под руководством соавторов Кайи Цзяна (MIT), Джереми Куба (Broad), Си Чена (Broad), Рохана Крайески (MIT) и Ифань Чжана (Broad).

«Одной из революций в геномике стала возможность секвенировать транскриптомы клеток», — сказал Фей Чен, член основного института Broad, Merkin Fellow, доцент Гарвардского университета и соавтор исследования. «Это действительно позволило нам узнать о типах и состояниях клеток. Но часто мы не могли конкретно манипулировать этими ячейками. RADARS — большой шаг в этом направлении».

Прямо сейчас инструменты, которые у нас есть для использования клеточных маркеров, сложно разработать и спроектировать. Мы действительно хотели создать программируемый способ восприятия и реагирования на состояние клетки».

Омар Абудайе, научный сотрудник Института Макговерна и соавтор исследования

Джонатан Гутенберг, который также является научным сотрудником Института Макговерна и соавтором, говорит, что их команда стремилась создать инструмент, чтобы использовать все данные, полученные в результате секвенирования одноклеточной РНК, которое выявило широкий спектр типов клеток. и состояния клеток в организме.

«Мы хотели спросить, как мы можем манипулировать клеточными идентичностями таким же простым способом, как редактирование генома с помощью CRISPR», — сказал он. «И мы рады видеть, что поле делает с этим».

Перепрофилирование редактирования РНК

Gaia Herbs, Adrenal Health, для ночного восстановления, 120 веганских жидких капсул Phyto-Cap

Платформа RADARS генерирует желаемый белок при обнаружении конкретной РНК, используя редактирование РНК, которое происходит естественным образом в клетках.

Система состоит из РНК, содержащей два компонента: направляющую область, которая связывается с целевой последовательностью РНК, которую ученые хотят обнаружить в клетках, и область полезной нагрузки, которая кодирует интересующий белок, такой как флуоресцентный сигнал или клеточный сигнал. убивающий фермент. Когда направляющая РНК связывается с РНК-мишенью, это создает короткую последовательность двухцепочечной РНК, содержащую несоответствие между двумя основаниями в последовательности -; аденозин (А) и цитозин (С). Это несоответствие привлекает встречающееся в природе семейство белков, редактирующих РНК, называемых аденозиндеаминазами, действующими на РНК (ADAR).

В RADARS несоответствие AC проявляется в «стоп-сигнале» в направляющей РНК, что предотвращает производство желаемого белка полезной нагрузки. ADAR редактируют и инактивируют стоп-сигнал, позволяя транслировать этот белок. Порядок этих молекулярных событий является ключом к функции RADARS как датчика; интересующий белок вырабатывается только после того, как направляющая РНК связывается с РНК-мишенью, а ADAR отключают стоп-сигнал.

Команда протестировала RADARS на разных типах клеток и с разными целевыми последовательностями и белковыми продуктами. Они обнаружили, что RADARS различает клетки почек, матки и печени и может производить различные флуоресцентные сигналы, а также каспазу, фермент, убивающий клетки. Радары также измеряли экспрессию генов в широком динамическом диапазоне, демонстрируя их полезность в качестве сенсоров.

Большинство систем успешно обнаруживали целевые последовательности, используя нативные белки ADAR клетки, но команда обнаружила, что добавление к клеткам дополнительных белков ADAR увеличивает силу сигнала. Абудайе говорит, что оба эти случая потенциально полезны; использование естественных белков редактирования в клетке сведет к минимуму вероятность нецелевого редактирования в терапевтических целях, но их добавление может помочь добиться более сильных эффектов, когда RADARS используются в качестве исследовательского инструмента в лаборатории.

На радаре

Абудайе, Чен и Гутенберг говорят, что, поскольку и направляющая РНК, и РНК полезной нагрузки поддаются модификации, другие могут легко перепроектировать RADARS для нацеливания на разные типы клеток и получения разных сигналов или полезных нагрузок. Они также разработали более сложные RADARS, в которых клетки производили белок, если они ощущали две последовательности РНК, и другой, если они ощущали одну или другую РНК. Команда добавляет, что подобные RADARS могут помочь ученым обнаруживать более одного типа клеток одновременно, а также сложные состояния клеток, которые не могут быть определены с помощью одного транскрипта РНК.

В конечном счете, исследователи надеются разработать набор правил проектирования, чтобы другим было легче разрабатывать RADARS для своих собственных экспериментов. Они предполагают, что другие ученые могли бы использовать RADARS для управления состоянием иммунных клеток, отслеживания активности нейронов в ответ на стимулы или доставки терапевтической мРНК в определенные ткани.

«Мы думаем, что это действительно интересная парадигма контроля экспрессии генов», — сказал Чен. «Мы даже не можем предугадать, какие приложения будут лучшими. Это действительно результат сочетания людей с интересной биологией и инструментов, которые вы разрабатываете».