محققان دانشگاه استنفورد تکنیک جدیدی برای کنترل تولید پروتئین ایجاد کردند



به لطف واکسن‌های جدید RNA، ما انسان‌ها توانسته‌ایم به سرعت از خود در برابر ویروس‌های جدیدی مانند SARS-CoV-2، ویروسی که باعث COVID-19 می‌شود، محافظت کنیم. این واکسن‌ها قطعه‌ای از ماده ژنتیکی زودگذر را وارد سلول‌های بدن می‌کنند، که سپس کد آن را می‌خواند و پروتئین خاصی را تولید می‌کند – در این مورد، “سنبله‌های” مشخصی که خارج از ویروس کرونا را بررسی می‌کنند – سیستم ایمنی را برای مبارزه با مهاجمان آینده آماده می‌کند. .

Eerik Kaseniit، دانشجوی دکترای مهندسی زیستی در استنفورد می‌گوید: این تکنیک موثر است و برای انواع درمان‌ها نویدبخش است. با این حال، در حال حاضر، این نوع درمان‌های RNA نمی‌توانند بر روی سلول‌های خاص تمرکز کنند. هنگامی که به بدن تزریق می شوند، پروتئین رمزگذاری شده را در هر سلولی که وارد می شوند، بی رویه می سازند. اگر می خواهید از آنها برای درمان تنها یک نوع سلول استفاده کنید – مانند سلول های داخل یک تومور سرطانی – به چیزی دقیق تر نیاز دارید.

Kaseniit و مشاور او، استادیار مهندسی شیمی Xiaojing Gao، ممکن است راهی برای این امکان پیدا کرده باشند. آنها ابزار جدیدی به نام «حسگر» RNA ایجاد کرده‌اند – رشته‌ای از RNA آزمایشگاهی که محتویات آن را تنها زمانی آشکار می‌کند که وارد بافت‌های خاصی در بدن شود. این روش آنقدر دقیق است که می تواند در هر دو سلول وارد شود انواع و سلول ایالت ها، گائو می گوید که تنها زمانی فعال می شود که سلول هدف آن RNA خاصی را ایجاد کند. این زوج یافته های خود را در 5 اکتبر در مجله منتشر کردند بیوتکنولوژی طبیعت.

برای اولین بار، شما می توانید مستقیماً فقط سلول های مورد نظر را تحت شرایط بسیار خاص، پروتئین تولید کنند. این نوع دقت قبلاً ممکن نبود.”


Xiaojing Gao، استادیار مهندسی شیمی

پروتئین تولید شده می تواند یک آنتی ژن – یک ماده خارجی که باعث ایجاد پاسخ ایمنی می شود – مانند مورد واکسن ها، آنزیمی که عملکرد سلول شکسته را باز می گرداند، یک پروتئین فلورسنت است که می تواند برای ردیابی سلول های خاص در یک مطالعه تحقیقاتی استفاده شود. یا پروتئینی که مرگ سلولی را برای حذف سلول‌های بیماری‌زا یا ناخواسته، در میان سایر احتمالات، آغاز می‌کند.

استفاده از سیستم ایمنی بدن

سیستم جدید این جفت که RADAR نامیده می شود، اساسا از دو بخش تشکیل شده است: یک ناحیه “حسگر” که به RNA های خاصی در بدن متصل می شود، و یک منطقه “باری” که سلول می خواند و به پروتئین تبدیل می کند. این دو بخش توسط یک کدون توقف، یک بخش توالی RNA از هم جدا می شوند که باعث می شود تکه ای از کد ژنتیکی رادار غیرقابل دسترسی باشد.

اگر ناحیه حسگر رادار با موفقیت به هدف خود بچسبد، کدون توقف ناپدید می‌شود و منطقه باقی‌مانده – “بار محموله” آن – به طور ناگهانی قابل خواندن می‌شود. در تئوری، این محموله می‌تواند دستورالعمل‌هایی را برای ساخت هر پروتئین، در هر نوع سلول، در هر زمان نگه دارد.

گائو می‌گوید: این فرآیند به لطف مجموعه‌ای از آنزیم‌های موجود به نام ADAR (آدنوزین دآمینازهای اثر بر RNA) – محصول جانبی یک مسابقه تسلیحاتی ویروسی که برای هزاران سال در بدن انسان بیداد کرده است، انجام می‌شود.

برخی از ویروس‌ها، مانند SARS-CoV-2، آنفولانزا و نوروویروس، فقط یک پوسته پروتئینی هستند که RNA درون آن قرار دارد. در فرآیند تکثیر، این ویروس ها کشش های بسیار طولانی RNA دو رشته ای ایجاد می کنند. از آنجایی که ویروس ها می توانند اثرات مخربی بر بدن داشته باشند، سیستم ایمنی ما به تدریج یاد گرفته است که آن RNA های دو رشته ای را به عنوان یک تهدید ببیند و به سرعت آنها را خاموش می کند.

کاسنییت می‌گوید: «این نوعی سیگنال خطر است – اگر سلولی RNA دو رشته‌ای را ببیند، فوراً از آن وحشت می‌کند.»

با این حال، در یک پیچ عجیب از تکامل، بدن خود ما همچنین ساخت RNA دو رشته ای همانطور که ویروس‌ها در طول هزاره‌ها به ما حمله کرده‌اند، در سلول‌های ما نفوذ کرده‌اند و با ماشین‌های ژنتیکی ما بازی می‌کنند، برخی از ژن‌های آن‌ها جذب شده و در DNA ما گنجانده شده‌اند. (این یک تصادف نیست: در گذشته بارها اتفاق افتاده است که امروزه ژنوم انسان تقریباً 8٪ ویروس است.)

برای حل این مشکل، ADAR به عنوان نوعی سیستم “تست” تکامل یافت – راهی برای بدن برای تشخیص دوست یا دشمن بودن یک قطعه RNA دو رشته ای. اگر ژنومی را پیدا کند که توسط ژنوم خود ما ایجاد شده است، ADAR آن را کمی ویرایش می کند تا کمتر تهدید کننده به نظر برسد و باعث می شود سوراخ ها یا شکاف هایی بین دو رشته باز شود، مانند برداشتن چند بخیه در وسط یک درز پارچه. سیستم ایمنی که ماهی‌های بزرگ‌تری برای سرخ کردن دارد، بی‌درنگ از این RNA ظاهری خشن چشم پوشی می‌کند و به مبارزه با دشمن واقعی می‌پردازد.

رادار از این مکانیسم بهره می برد. هنگامی که ماژول “حسگر” آن روی یک مولکول هدف خاص (قطعه دیگری از RNA) می‌چسبد، ADAR جفت دو رشته‌ای حاصل را به عنوان گونه‌ای دوستانه و بی‌ضرر می‌بیند و صادقانه آن را ویرایش می‌کند تا سیستم ایمنی آن را نادیده بگیرد. در این فرآیند، علامت کوچک مولکولی “ایست” را که محققان در وسط رشته RNA ساخته اند، پاک می کند. پس از حذف، بخش محموله رادار برای سلول قابل مشاهده است و کد موجود در آن به پروتئین تبدیل می شود.

پتانسیل برای درمان های قابل برنامه ریزی جدید

در حال حاضر، Kaseniit، Gao و همکارانشان همچنان در حال آزمایش رادار در تنظیمات مختلف هستند، اما نتایج امیدوارکننده به نظر می رسند. با همکاری نویسندگان دانشیار مهندسی شیمی الیزابت ساتلی و فوق دکتری دیگو ونگر و ویل کودی، آن ها حتی آن را در گیاهانی که به طور طبیعی سیستم های ADAR ندارند، امتحان کرده اند – اما پس از افزودن آنزیم های ADAR به ترکیب، توانستند همان نتایج را دریافت کنید آنها می‌گویند که در آینده، انعطاف‌پذیری و دقت رادار می‌تواند ابزار ارزشمندی هم در تحقیقات و هم در پزشکی باشد و راهی را برای دانشمندان فراهم کند تا روی سلول‌های خاص در آزمایشگاه وارد شوند یا درمان‌هایی را در بدن ارائه دهند.

“این امید و رویای RNA به عنوان یک پلت فرم است، زیرا شما فقط می توانید هر پروتئینی را که می خواهید روی یک قطعه RNA رمزگذاری کنید و سلول ها آن را می سازند. اکنون با این عناصر کنترلی، می توانیم مشخص کنیم که در کدام سلول هدف فعال شود. کاسنیت می گوید که این بسیار قدرتمند است.

منبع:

دانشکده مهندسی دانشگاه استنفورد

مرجع مجله:

Kaseniit، KE، و همکاران (2022) سنجش RNA مدولار و قابل برنامه ریزی با استفاده از ویرایش ADAR در سلول های زنده. بیوتکنولوژی طبیعت doi.org/10.1038/s41587-022-01493-x.



منبع