一个合成的RNA输出系统揭示了细胞的动态生命,并为新的治疗方法提供了方向

在胚胎发育、衰老以及炎症和癌症等疾病的过程中,细胞会随着时间的推移而发生动态变化。有些细胞群体的数量在增加,而有些则在减少。能够在不杀死被测...

一种合成RNA输出系统揭示了细胞的动态生活,并为新疗法提供了方向

在胚胎发育、衰老以及炎症和癌症等疾病的过程中,细胞会随着时间的推移而发生动态变化。有些细胞群体的数量在增加,而有些则在减少。能够在不杀死被测细胞的情况下追踪这些变化,将为许多生物过程提供深刻的见解。

RNA分子是细胞制造各种功能所需蛋白质的指令,它为细胞内部发生的事件提供了精确的线索。然而,目前最先进的RNA测量技术往往需要杀死细胞:通过打开细胞来收集和分析其内部的所有分子。这意味着研究人员只能捕捉到细胞死亡前的瞬间状态,而无法观察细胞如何随时间演变和变化。

“读取”细胞中的RNA是研究生物过程的有效方法,但实际上在细胞内修补或“编写”RNA则是影响细胞行为、进而治疗疾病的强大工具。例如,几种针对COVID-19的疫苗通过将信使RNA (mRNA)传递到细胞中,诱导产生针对该病毒的抗体。RNA可能是治疗多种疾病的有效手段,但将其输送到合适的细胞中一直是一个挑战。

现在,加州理工学院的研究人员开发出一种单一系统,能够解决“读取”和“编写”RNA的难题。这项新技术使科学家能够在不破坏细胞的情况下,长期研究细胞中的RNA,为追踪从胚胎发育到癌症的无数细胞过程提供了一种新方法。值得注意的是,这一系统还使得编程细胞能够将RNA传递给其他细胞,从而开辟了以特定方式设计细胞行为的可能性,并潜在地推动新的治疗策略。

“在生物学的许多过程中,我们想了解细胞如何随时间变化,”该研究的第一作者、博士后学者菲利克斯·霍恩斯表示。“例如,在发育过程中,胚胎通过改变细胞状态发育成多种不同的组织。许多疾病,如癌症,都是随着时间推移而发生的过程,衰老也是一个随时间变化的过程。”

“RNA在指示细胞该做什么方面起着核心作用,”霍恩斯补充道。“如果我们能够测量细胞表达的RNA,就能了解它在做什么。此外,正如我们在过去几年看到的RNA疫苗一样,我们可以将指令放入细胞中,并通过传递mRNA对其进行编程。”

生物学和生物工程教授、霍华德·休斯医学研究所研究员迈克尔·埃洛维茨表示:“令人惊讶的是,同样的分子装置——我们的RNA输出系统——解决了这两个看似独立的挑战。”

这项研究主要在埃洛维茨实验室进行,并与加州理工学院的另外两名教员的实验室合作:帕梅拉·比约克曼,大卫·巴尔的摩生物学和生物工程教授及默金研究所教授;以及生物学研究教授卡洛斯·洛伊斯。一篇描述这项研究的论文已发表在《细胞》杂志上。

这个新系统被称为COURIER(用于询问、表达和调节的RNA控制输出和摄取),能够使RNA从细胞中输出。借助COURIER,研究人员可以对细胞进行基因工程改造,使其将自身的一些RNA包装在自我组装的小蛋白质容器中,然后将其“运送”(或分泌)到膜结合的囊泡中。

例如,研究人员可以编程这些容器,以包装某种类型的RNA,作为疾病的标志,或者作为特定的“细胞识别卡”,以告知研究人员他们正在观察的细胞类型。或者,他们可以编程这些容器,以封装细胞中存在的所有RNA的样本,从而更全面地了解细胞的活动情况。

无论哪种方式,小包装的RNA离开细胞,使研究人员能够收集和分析细胞内部工作的证据,而不会对细胞造成损害。通过这种方式,研究人员可以利用COURIER和输出的RNA来追踪在癌症或胚胎发育等动态过程中细胞群体如何随时间变化。

COURIER的第二类应用是提供治疗。在细胞输出后,蛋白质容器可以与另一个细胞对接,并将RNA传递给它。然后,该细胞可以表达由RNA编码的蛋白质,这些蛋白质可以被设计成具有多种功能:编辑基因组、改变细胞状态,或在细胞处于病态时将其杀死。

目前,针对COVID-19的mRNA疫苗的操作类似,递送编码SARS-CoV-2病毒片段的mRNA,随后诱导抗体的产生。除了疫苗之外,mRNA的递送还可以用于多种不同类型的药物。然而,一个关键的挑战是如何将mRNA传递到相关的细胞类型。

“原则上,活细胞可以作为可编程的信使RNA运载工具,将治疗用的信使RNA运送到体内正确位置的细胞,”埃洛维茨说。“为了实现这一愿景,我们需要一种方法,以一种可以被其他细胞吸收和表达的格式导出特定的mRNA。这就是这个系统所提供的。COURIER允许一个细胞产生mRNA,然后将其包裹在颗粒中,传递给其他细胞,这些细胞将其表达出来。”

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  • svs
    svs 2024年12月07日

    我是的签约作者“svs”!

  • svs
    svs 2024年12月07日

    希望本篇文章《一个合成的RNA输出系统揭示了细胞的动态生命,并为新的治疗方法提供了方向》能对你有所帮助!

  • svs
    svs 2024年12月07日

    本站[]内容主要涵盖:国足,欧洲杯,世界杯,篮球,欧冠,亚冠,英超,足球,综合体育

  • svs
    svs 2024年12月07日

    本文概览:在胚胎发育、衰老以及炎症和癌症等疾病的过程中,细胞会随着时间的推移而发生动态变化。有些细胞群体的数量在增加,而有些则在减少。能够在不杀死被测...

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