Neues RNA-basiertes Tool kann Schaltkreise im Gehirn beleuchten und bestimmte Zellen bearbeiten!
- Datum: 5.Oktober 2022
- Quelle: Duke University
Forscher der Duke University haben ein RNA-basiertes Bearbeitungstool entwickelt, das auf einzelne Zellen und nicht auf Gene abzielt. Es ist in der Lage, jede Art von Zelle präzise anzusteuern und jedes interessierende Protein selektiv hinzuzufügen.
Die Forscher sagten, das Tool könnte es ermöglichen, sehr spezifische Zellen und Zellfunktionen zu modifizieren, um Krankheiten zu bewältigen.
Unter Verwendung einer RNA-basierten Sonde hat ein Team unter der Leitung des Neurobiologen Z. Josh Huang, Ph.D. und Postdoktorand Yongjun Qian, Ph.D. zeigten, dass sie fluoreszierende Markierungen in Zellen einführen können, um bestimmte Arten von Gehirngewebe zu markieren; ein lichtempfindlicher Ein-/Ausschalter, um Neuronen ihrer Wahl zum Schweigen zu bringen oder zu aktivieren; und sogar ein selbstzerstörendes Enzym, um einige Zellen präzise zu löschen, andere jedoch nicht. Die Arbeit erscheint am 5. Oktober in Nature.
Ihr selektives Zellüberwachungs- und Kontrollsystem stützt sich auf das ADAR-Enzym, das in allen Tierzellen vorkommt. Während dies für CellREADR (Cell Access Through RNA Sensing by Endogenous ADAR) noch am Anfang steht, scheinen die möglichen Anwendungen endlos zu sein, sagte Huang, ebenso wie sein Potenzial, im gesamten Tierreich zu funktionieren.
„Wir sind begeistert, weil dies eine vereinfachte, skalierbare und verallgemeinerbare Technologie bietet, um alle Zelltypen in jedem Tier zu überwachen und zu manipulieren“, sagte Huang. “Wir könnten tatsächlich bestimmte Arten von Zellfunktionen modifizieren, um Krankheiten zu behandeln, unabhängig von ihrer anfänglichen genetischen Veranlagung”, sagte er. “Das ist mit aktuellen Therapien oder Medikamenten nicht möglich.”
CellREADR ist eine anpassbare RNA-Kette, die aus drei Hauptabschnitten besteht: einem Sensor, einem Stoppschild und einer Reihe von Blaupausen.
Zunächst entscheidet das Forschungsteam, welchen spezifischen Zelltyp es untersuchen möchte, und identifiziert eine Ziel-RNA, die nur von diesem Zelltyp produziert wird. Die bemerkenswerte Gewebespezifität des Tools beruht auf der Tatsache, dass jeder Zelltyp charakteristische RNA herstellt, die in anderen Zelltypen nicht zu finden ist.
Eine Sensorsequenz wird dann als komplementärer Strang der Ziel-RNA entworfen. So wie die Sprossen auf der DNA aus komplementären Molekülen bestehen, die sich gegenseitig anziehen, hat RNA das gleiche magnetische Potenzial, um sich mit einem anderen RNA-Stück zu verbinden, wenn es passende Moleküle hat.
Nachdem ein Sensor in eine Zelle eingedrungen ist und seine Ziel-RNA-Sequenz gefunden hat, verschmelzen beide Teile zu einem Stück doppelsträngiger RNA. Dieses neue RNA-Mashup veranlasst das Enzym ADAR, die neue Kreation zu inspizieren und dann ein einzelnes Nukleotid seines Codes zu ändern.
Das ADAR-Enzym ist ein Zellverteidigungsmechanismus, der darauf ausgelegt ist, doppelsträngige RNA zu bearbeiten, wenn sie auftritt, und es wird angenommen, dass es in allen tierischen Zellen vorkommt.
In diesem Wissen entwarf Qian das Stoppschild von CellREADR unter Verwendung der gleichen spezifischen Nukleotid-ADAR-Editierungen in doppelsträngiger RNA. Das Stoppschild, das den Aufbau der Proteinbaupläne verhindert, wird erst entfernt, wenn der Sensor von CellREADR an seine Ziel-RNA-Sequenz andockt, wodurch er hochspezifisch für einen bestimmten Zelltyp ist.
Sobald ADAR das Stoppschild entfernt, können die Blaupausen von der Zellmaschinerie gelesen werden, die das neue Protein in der Zielzelle aufbaut.
In ihrer Arbeit haben Huang und sein Team CellREADR auf Herz und Nieren geprüft. „Ich erinnere mich, als Yongjun vor zwei Jahren die erste Iteration von CellREADR baute und sie in einem Mausgehirn testete“, sagte Huang. “Zu meinem Erstaunen hat es bei seinem ersten Versuch spektakulär funktioniert.”
Die sorgfältige Planung und das Design des Teams zahlten sich aus, da sie dann in der Lage waren, CellREADR genau markierte spezifische Gehirnzellpopulationen in lebenden Mäusen zu demonstrieren sowie effektiv Aktivitätsmonitore und Steuerschalter hinzuzufügen, wo dies angewiesen wurde. Es funktionierte auch gut bei Ratten und bei menschlichem Gehirngewebe, das bei Epilepsieoperationen gesammelt wurde.
„Mit CellREADR können wir Populationen für die Untersuchung auswählen und wirklich damit beginnen, die gesamte Bandbreite der im menschlichen Gehirn vorhandenen Zelltypen zu untersuchen“, sagte Co-Autor Derek Southwell, MD, Ph.D., Neurochirurg und Assistenzprofessor in der Abteilung für Neurochirurgie am Duke.
Southwell hofft, dass CellREADR sein Verständnis und das Verständnis anderer für den Schaltplan menschlicher Gehirnschaltkreise und der darin enthaltenen Zellen verbessern und dabei helfen wird, neue Therapien für neurologische Erkrankungen voranzutreiben, wie z. B. eine vielversprechende neue Methode zur Behandlung von arzneimittelresistenter Epilepsie pilotiert.
Huang und Qian sind besonders hoffnungsvoll in Bezug auf das Potenzial von CellREADR als „programmierbare RNA-Medizin“, um möglicherweise Krankheiten zu heilen – da dies sie beide überhaupt erst zur Wissenschaft geführt hat. Sie haben ein Patent auf die Technologie angemeldet.
„Als ich als Student Pharmakologie studierte, war ich sehr naiv“, sagte Qian. „Ich dachte, man könnte viele Dinge tun, wie Krebs heilen, aber eigentlich ist es sehr schwierig. Aber jetzt denke ich, ja, vielleicht können wir es schaffen.“
Unterstützung für die Forschung kam vom US National Institute of Mental Health (1DP1MH129954-01), dem US National Institute of Neurological Diseases and Stroke (Neurosurgery Research Career Development Program) und der Klingenstein-Simons Foundation.
Geschichte Quelle:
Materialien zur Verfügung gestellt von der Duke University . Original geschrieben von Dan Vahaba. Hinweis: Inhalt kann für Stil und Länge bearbeitet werden.
Zeitschriftenreferenz :
- Yongjun Qian, Jiayun Li, Shengli Zhao, Elizabeth A. Matthews, Michael Adoff, Weixin Zhong, Xu An, Michele Yeo, Christine Park, Xiaolu Yang, Bor-Shuen Wang, Derek G. Southwell, Z. Josh Huang. Programmierbare RNA-Erkennung zur Zellüberwachung und -manipulation . Natur , 2022; DOI: 10.1038/s41586-022-05280-1