Малая условная РНК

Малая условная РНК ( scRNA ) — это небольшая молекула РНК или комплекс (обычно менее 100 нуклеотидов ), сконструированный для взаимодействия и изменения конформации в зависимости от условий в ответ на соответствующие молекулярные входы с целью осуществления передачи сигнала in vitro , in situ или in vivo . [1]

При отсутствии родственных входных молекул scRNAs конструируются для метастабильного или стабильного сосуществования без взаимодействия. Обнаружение родственных входов инициирует последующие конформационные изменения одной или нескольких scRNAs, что приводит к генерации желаемого выходного сигнала. Выходной сигнал может быть предназначен для считывания состояния эндогенной биологической схемы (например, картирование экспрессии генов для биологических исследований или медицинской диагностики) [2] или для регулирования состояния эндогенной биологической схемы (например, нарушение экспрессии генов для биологических исследований или медицинского лечения). [1] Последовательности scRNA могут быть запрограммированы на распознавание различных входов или активацию различных выходов, [1] [2] [3] достигая селективности даже однонуклеотидной последовательности. [3] Передача сигнала scRNA использует принципы из новых дисциплин динамической нанотехнологии РНК, молекулярного программирования и синтетической биологии .

Рисунок 1. Усиление флуоресцентного сигнала с использованием малых условных РНК. Метастабильные флуоресцентные scRNAs самоорганизуются в полимеры флуоресцентной амплификации при обнаружении родственного инициатора РНК. Инициатор I зарождается со шпилькой H1 посредством спаривания оснований с одноцепочечной точкой опоры «1», опосредуя трехстороннюю миграцию ветвей, которая открывает шпильку для образования комплекса I·H1, содержащего одноцепочечный сегмент «3*-2*». Этот комплекс зарождается со шпилькой H2 посредством спаривания оснований с точкой опоры «3», опосредуя миграцию ветвей, которая открывает шпильку для образования комплекса I·H1·H2, содержащего одноцепочечный сегмент «2*-1*». Таким образом, последовательность инициатора регенерируется, обеспечивая основу для цепной реакции чередующихся этапов полимеризации H1 и H2. Красные звезды обозначают флуорофоры. Изображение из Choi et al. 2010; [2] использовано с разрешения Nature Publishing Group.

Примеры передачи сигнала scRNA

Меченные флуорофором scRNA были сконструированы для передачи между обнаружением мРНК- мишеней и генерацией ярких флуоресцентных полимеров амплификации in situ (рисунок 1). [2] В этом контексте передача сигнала scRNA обеспечивает мультиплексное картирование экспрессии мРНК в целых эмбрионах позвоночных (рисунок 2). [2] scRNA были сконструированы для выполнения трансдукции формы и последовательности для условного производства субстрата Dicer, нацеленного на «молчащую цель» мРНК Y при обнаружении независимой «цели обнаружения» мРНК X, с последующей обработкой Dicer, дающей небольшую интерферирующую РНК ( siRNA ), нацеленную на мРНК Y для разрушения (рисунок 3). [1] В этом контексте передача сигнала scRNA обеспечивает шаг к реализации условной РНК-интерференции (рисунок 4).

Рисунок 2. Одновременное картирование пяти различных целевых мРНК в пределах интактного эмбриона данио-рерио с использованием амплификации сигнала scRNA и конфокальной микроскопии. РНК-зонды, комплементарные мРНК-мишеням, запускают цепные реакции, в которых меченные флуорофором scRNA самоорганизуются в связанные флуоресцентные полимеры амплификации. Программируемость и селективность последовательностей этих каскадов амплификации позволяют пяти усилителям scRNA работать независимо в одно и то же время в одном образце, каждый из которых окрашивает для экспрессии одной из пяти целевых мРНК. Масштабная линейка: 50 мкм. Изображение из Choi et al. 2010; [2] использовано с разрешения Nature Publishing Group.
Рисунок 3. Условное образование субстрата Dicer посредством преобразования формы и последовательности с помощью малых условных РНК. scRNA A·B обнаруживает целевую мРНК-детектирование X (содержащую подпоследовательность «abc»), что приводит к образованию субстрата Dicer B·C, нацеленного на целевую мРНК-глушитель Y (содержащую независимую подпоследовательность «wxyz»). scRNA A·B и C стабильны в отсутствие X. A заменяет B на X (шаг 1) посредством трехсторонней миграции ветвей, опосредованной точкой опоры, и спонтанной диссоциации. B собирается с C (шаг 2) посредством зарождения петли/точки опоры и трехсторонней миграции ветвей, образуя субстрат Dicer B·C. Химические модификации (2′OMe-РНК) предотвращают деградацию: A и часть C (пунктирная линия остова). Изображение из Hochrein et al. 2013; [1] использовано с разрешения Американского химического общества.
Рисунок 4. Условная РНК-интерференция (если ген X транскрибируется, независимый от глушителя ген Y) обеспечивает концептуальную основу для осуществления пространственно-временного контроля над нокдауном гена. С этой целью малые условные РНК (scRNA) взаимодействуют и изменяют конформацию для трансдукции между связыванием мРНК «цель обнаружения» X и производством субстрата Dicer, нацеленного на независимую мРНК «цель глушителя» Y. Изображение из Hochrein et al. 2013; [1] использовано с разрешения Американского химического общества.

Элементы дизайна

scRNAs могут быть сконструированы для использования различных элементов дизайна: [1]

  • Реагенты scRNA могут быть метастабильными или стабильными
  • Каскады передачи сигнала scRNA могут быть каталитическими или некаталитическими.
  • scRNA могут образовывать ядра друг с другом или с входными или выходными молекулами посредством зародышеобразования по типу точка опоры/точка опоры, зародышеобразования по типу петля/точка опоры или зародышеобразования по типу шаблон/точка опоры
  • scRNA могут диссоциировать друг с другом или с входными или выходными молекулами посредством трехсторонней миграции ветвей, четырехсторонней миграции ветвей или спонтанной диссоциации.
  • Реагенты scRNA могут быть мономерами, димерами или другими мультимерами.

Ссылки

  1. ^ abcdefg Hochrein LM, Schwarzkopf M, Shahgholi M, Yin P, Pierce NA (2013). «Условное образование субстрата Dicer посредством трансдукции формы и последовательности с помощью малых условных РНК». Журнал Американского химического общества . 135 (46): 17322– 17330. doi :10.1021/ja404676x. PMC  3842090. PMID  24219616.
  2. ^ abcdef Choi HM, Chang JY, Trinh LA, Padilla JE, Fraser SE, Pierce NA (2010). «Программируемая амплификация in situ для мультиплексной визуализации экспрессии мРНК». Nature Biotechnology . 28 (11): 1208– 1212. doi :10.1038/nbt.1692. PMC 3058322 . PMID  21037591. 
  3. ^ ab Sternberg JB, Pierce NA (2014). «Изысканная селективность последовательностей с малыми условными РНК». Nano Letters . 14 (8): 4568– 4572. Bibcode : 2014NanoL..14.4568S. doi : 10.1021/nl501593r. PMC 4134187. PMID  24979041 . 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Малая_условная_РНК&oldid=1234875209"