Ovanstående grafik ger scheman för en process som är central för forskning ledd av Xiao Wang och Alexander Green för att hitta nya sätt att återställa människors hälsa genom att omarbeta kroppens biomekanismer. I den vänstra och mittenpanelen, illustrationen visar konstruktionen av nedbrytningsavstämnings-RNA, eller dtRNA, genom att karakterisera deras strukturella egenskaper. Forskare rankade hela biblioteket av dtRNA baserat på deras prestanda mot RNA-nedbrytningsprocessen som utförs av ribonukleaser i prokaryota celler. Den högra panelen visar att forskare testade potentialen hos dessa karakteriserade dtRNA för olika biotekniska tillämpningar som att reglera genuttryck med hjälp av genredigeringsverktyget CRISPR/Cas9-systemet eller för viral diagnostik med en hybridsensor med dtRNA-tåhållsväxel. Kredit:Xiao Wang forskargrupp
Effektiv diagnostik, terapier och behandlingar för sjukdomar och infektioner kan i allt högre grad innebära att kroppens inre biomekanismer omarbetas till deras mest grundläggande kemiska och molekylära grunder.
Växande kunskap om kroppens biologiska processer ökar möjligheterna att återställa människors hälsa, säger Xiao Wang, en docent i biomedicinsk teknik vid Arizona State Universitys Ira A. Fulton Schools of Engineering. Han och ett team av forskare undersöker sätt att trigga och kontrollera celldifferentiering och övergång för att låsa upp egenskaper som kan förändra bioingenjörers inställning till diagnostik, vaccinutveckling och terapeutiska behandlingar.
Ny forskning ledd av Wang och Alexander Green, en biträdande professor i biomedicinsk teknik vid Boston University, avslöjar mer om potentialen för att designa små tilläggsstrukturer för biomolekyler som kan förbättra deras egenskaper.
"Det kan finnas nya och bättre typer av applikationer för diagnostik, terapier och behandlingar, och för genomteknik, " Wang säger. "Dessa kan vara stora bidrag till biomedicin."
Detaljerna om vad forskningen kan ge visas i tidningen Förutsägbar kontroll av RNA-livslängd med hjälp av konstruerade nedbrytningsjusterande RNA, publicerades denna vecka i forskningstidskriften Naturens kemiska biologi .
Wang och Greens fokus ligger på budbärar-RNA, eller mRNA, som bär genetisk information från DNA, molekylen som innehåller den genetiska ritningen som behövs för att utveckla och underhålla organismer – inklusive människor.
Inom celler, mRNA överför meddelanden från DNA till de proteinproducerande ribosomerna, informera dem om vilka proteiner som behöver syntetiseras vid en given tidpunkt. Även om DNA:s status som cellens informationsförråd betyder att den är mycket stabil, mRNA:s budskapsbärande roll innebär att det snabbt bryts ned. Denna nedbrytning har gjort det svårare att implementera RNA-baserade terapier och diagnostik.
Wang, Green och deras forskargrupp utarbetar metoder för att kontrollera nedbrytning för att producera förutsägbara, exakta och stabila resultat. Det nya forskningsdokumentet beskriver hur de försöker finjustera hastigheten för mRNA-nedbrytning för att öka förmågan att utföra biotekniska funktioner. Att göra detta, de har identifierat specifika RNA-strukturella egenskaper för att bygga ett bibliotek av RNA-komponenter som kallas nedbrytningstuning-RNA, eller dtRNA.
Att fästa dtRNA till ett RNA av intresse genom genteknik gör det möjligt för dem att öka eller minska RNA:s nedbrytningshastighet, och finjustera genuttrycksnivåerna in vivo och in vitro – antingen inuti en levande organism eller i en laboratoriemiljö.
"Vi fann att dtRNA kunde användas med en mängd olika typer av RNA och modifiera genuttrycksnivåer över ett mycket brett spektrum. Dessa förmågor kan öka hastigheten och känsligheten för medicinsk diagnostik och ge oss bättre kontroll över cellfunktionen, säger Green, som var biträdande professor vid ASU:s Biodesign Institute och School of Molecular Sciences från 2015 till 2020 och är för närvarande adjungerad professor vid skolan.
Ett av de mer effektfulla resultaten av dessa raffineringsprocesser kan vara utvecklingen av mRNA-baserade vacciner som skulle vara särskilt effektiva mot virus, säger Wang.
"Vi kan faktiskt konstruera strukturen av RNA-molekyler på snabbare och mer systematiska sätt som gör dem mer effektiva i hur de beter sig, " han säger.
Dessa beteendeförändringar kommer att informera om hur effektiv Wang och Greens bioteknikprocess kommer att vara för att öka effektiviteten av diagnostik, vacciner, terapier och behandlingar.
