东方时讯网使用RNA传感器，麻省理工学院的工程师设计了一种新方法来触发细胞打开合成基因。通过确保合成基因仅在特定细胞中被激活，他们的方法可以使针对癌症和其他疾病的靶向治疗成为可能。
研究人员证明，他们的传感器可以准确识别表达p53基因突变版本的细胞，该基因会促进癌症的发展，并仅在这些细胞内开启编码荧光蛋白的基因。在未来的工作中，他们计划开发传感器来触发癌细胞中细胞杀伤蛋白的产生，同时保护健康细胞。
“人们越来越关注减少治疗的脱靶效应，”麻省理工学院医学工程与科学研究所(IMES)和生物工程系医学工程与科学研究所Termeer教授JamesCollins说。“有了这个系统，我们可以针对非常具体的疾病细胞和组织，这开辟了识别癌细胞然后提供高效治疗的可能性。”
研究人员说，这种方法还可用于开发其他疾病的治疗方法，包括病毒或细菌感染。
柯林斯是这项新研究的资深作者，该研究发表在《自然通讯》(NatureCommunications)上。该论文的主要作者是麻省理工学院博士后RaphaëlGayet博士。'22和KatherineIlia博士'23，高级博士后ShivaRazavi和前博士后NathanielTippens。
RNA控制开关
许多涉及DNA或RNA传递的实验疗法——例如基因疗法、基于CRISPR的疗法和RNA干扰——目前正在开发中。此类疗法的一个重要方面是确保它们仅在目标细胞中打开，使用可编程控制开关。
2021年，柯林斯的实验室开发了一种用于RNA疗法的控制开关，称为eToehold。该系统基于称为内部核糖体进入位点(IRES)的RNA分子，可以将其设计为响应细胞内的特定信使RNA(mRNA)序列。然而，这些系统很难设计，因为它们的功能不仅取决于IRES分子的序列，还取决于其三维结构。
对于这项新研究，研究人员希望创建一个更易于编程的系统。他们决定使用合成的RNA链(也称为RNA构建体)作为靶向分子，而不是IRESes。这将允许他们通过简单地改变构建体的RNA序列来重新编程构建体以靶向不同的mRNA分子。
“有了这个新系统，我们就有了一种非常直接、可编程的方式来创建控制元素，这些控制元素只会在那些目标序列存在时做出反应，”柯林斯说。
为实现这一目标，研究人员利用了一种天然存在于大多数动物细胞中的酶，即作用于RNA的腺苷脱氨酶(ADAR)。这种酶对RNA分子进行碱基编辑，将不匹配的腺苷碱基转化为肌苷。这有助于细胞抵御入侵的病毒，以及其他功能。
ADAR可以检测和修复双链RNA中的错配，因此研究人员设计了他们的传感器RNA构建体，使其包含与目标mRNA互补但有一个错配的序列。这引起了细胞中自然存在的ADAR的注意，它修复了错配。
当ADAR在RNA传感器中将腺苷转化为肌苷时，该编辑会删除序列中的终止密码子。删除该终止密码子后，细胞开始读取RNA结构，研究人员设计该结构包含两个蛋白质编码基因。第一个是报告分子——在这种情况下，是一种荧光蛋白，可以让研究人员看到合成基因被激活。在未来的版本中，这可能会被编码治疗剂的基因所取代。
另一个合成基因编码一种精简版的ADAR酶。随着更多ADAR的产生，该酶会发现并激活更多的合成RNA结构拷贝。这创建了一个正反馈回路，增强了荧光报告基因的表达。
其他研究人员已经表明，ADAR可用于这种RNA靶向，但大多数研究仅限于自然产生大量酶的细胞，例如神经元。
“我们只需要非常少量的ADAR来最初触发网络。然后通过正反馈设计，这个小触发器让细胞表达高水平的紧凑型酶，这种酶内置于结构中，”柯林斯说.“这扩大了该系统的潜在应用范围，因为它现在不再局限于具有大ADAR背景水平的细胞。”
高精准度
在人体细胞测试中，研究人员探索了这种他们命名为DARTVADAR(通过ADAR检测和扩增RNA触发器)的传感器是否能够区分非常相似的mRNA序列。为此，他们将传感器构建体插入到人类细胞中，这些细胞具有正常版本的p53基因或突变版本，后者仅相差一个碱基对，并且已知会促进癌症的发展。
“我们证明了这些传感器可以获得非常高的分辨率和非常高的精度，”Gayet说。“使用精心设计的传感器，您可以获得不同程度的激活，具体取决于细胞是否产生一些包含突变的RNA。”
在小鼠细胞的另一组实验中，研究人员表明传感器结构可以区分分化为骨骼或肌肉细胞的密切相关的细胞类型。
因为研究人员使用了一种精简版的ADAR酶，它只有大约1,600个碱基对，所以整个构建体可以很容易地装入AAV载体中——一种经过修饰的无害病毒，通常在临床上用于传递遗传物质在人类中。
研究人员现在计划尝试在癌症动物模型中测试他们的系统，看看他们是否可以提供合成结构，通过仅在这些细胞内产生致命化合物来选择性地杀死肿瘤细胞。