Новый инструмент РНК для продвижения рака и исследований и лечения инфекционных заболеваний | MIT News

Исследователи в Устойчивость к антимикробным препаратам (AMR) междисциплинарная исследовательская группа Сингапур-MIT Alliance для исследований и технологий (SMART), исследовательское предприятие MIT в Сингапуре, разработало мощный инструмент, способный сканировать тысячи биологических образцов для обнаружения переносительной модификации рибонуклеиновой кислоты (тРНК) – крошечные химические изменения в молекулах РНК, которые помогают контролировать, как клетки растут, адаптируются к стрессу и реагируют на заболевания, такие как рак и антибиотико -устойчивые инфекции. Этот инструмент открывает новые возможности для науки, здравоохранения и промышленности-от ускорения исследований заболеваний и обеспечения более точной диагностики для управления развитием более эффективных медицинских методов лечения таких заболеваний, как рак и устойчивые к антибиотикам.

Для этого исследования команда Smart AMR работала в сотрудничестве с исследователями в MIT, Нанянском технологическом университете в Сингапуре, Университете Флориды, Университетом в Олбани в Нью -Йорке и Технологическом университете Лодца в Польше.

Устранение ограничений тока в профилировании модификации РНК

Рак и инфекционные заболевания являются сложными состояниями здоровья, в которых клетки вынуждены функционировать ненормально мутациями в их генетическом материале или инструкциями из вторгаемого микроорганизма. Исследовательская группа, возглавляемая Smart, является одним из лидеров мира в понимании того, как эпитраспремат-более 170 различных химических модификаций всех форм РНК-контролирует рост нормальных клеток и как клетки реагируют на стрессовые изменения в окружающей среде, такие как потеря питательных веществ или воздействие токсичных химических веществ. Исследователи также изучают, как эта система повреждена при раке или эксплуатируется вирусами, бактериями и паразитами при инфекционных заболеваниях.

Современные молекулярные методы, используемые для изучения экспансивного эпиттранскриптома, и всех тысяч различных типов модифицированной РНК часто являются медленными, трудоемкими, дорогостоящими и связанными с опасными химическими веществами, что ограничивает исследовательские способности и скорость.

Чтобы решить эту проблему, умная команда разработала новый инструмент, который позволяет быстрое, автоматизированное профилирование модификаций тРНК – молекулярные изменения, которые регулируют, как клетки выживают, адаптируются к стрессу и реагируют на болезнь. Эта способность позволяет ученым отображать регуляторные сети клеток, открывать новые ферменты и связывать молекулярные паттерны с механизмами заболевания, прокладывая путь для лучшего открытия и развития лекарств, а также более точную диагностику заболевания.

Разблокирование сложности модификаций РНК

Smart’s Open-Access Research, недавно опубликованное в Исследование нуклеиновых кислот и называется «Профилирование модификации тРНК выявляет регуляторные сети эпитранскриптома в Pseudomonas aeruginosa»Показывает, что инструмент уже позволил обнаружить ранее неизвестные РНК-модифицирующие ферменты и картирование сложных генов регуляторных сетей. Эти сети имеют решающее значение для адаптации клеток к стрессу и заболеваниям, предоставляя важную информацию о том, как модификации РНК контролируют механизмы выживания бактерий.

Используя роботизированные обработчики жидкости, исследователи извлекли тРНК из более чем 5700 генетически модифицированных штаммов Pseudomonas aeruginosaбактерия, которая вызывает инфекции, такие как пневмония, инфекции мочевыводящих путей, инфекции крови и инфекции раны. Образцы ферментатически расщепляли и анализировали с помощью масс-спектрометрии жидкой хроматографии-тандема (LC-MS/MS), методом, который отделяет молекулы на основе их физических свойств и идентифицирует их с высокой точностью и чувствительностью.

В рамках исследования процесс генерировал более 200 000 точек данных в подходе с высоким разрешением, который выявил новые ферменты, модифицирующие тРНК, и упрощенные генные сети, контролирующие то, как клетки реагируют и адаптируются к стрессу. Например, данные показали, что MIAB метилтиотрансферазы, один из ферментов, ответственных за модификацию тРНК MS2I6A, было обнаружено чувствительным к доступности железа и серы и к метаболическим изменениям, когда кислород низкий. Подобные открытия подчеркивают, как клетки реагируют на стресс окружающей среды, и могут привести к будущему развитию методов лечения или диагностики.

Автоматизированная система Smart была специально разработана для быстрого и безопасного профиля модификаций тРНК на тысячах образцов. В отличие от традиционных методов, этот инструмент интегрирует робототехнику для автоматизации подготовки и анализа образцов, что устраняет необходимость в опасной обработке химических веществ и снижении затрат. Это продвижение повышает безопасность, пропускную способность и доступность, обеспечивая рутинное масштабное использование в исследованиях и клинических лабораториях.

Более быстрый и автоматизированный способ изучения РНК

В качестве первой системы, способной к количественному, системному профилированию модификаций тРНК в этом масштабе, инструмент обеспечивает уникальный и всесторонний вид эпитетранскриптома – полный набор химических модификаций РНК в клетках. Эта возможность позволяет исследователям проверять гипотезы о модификациях РНК, раскрыть новую биологию и выявлять перспективные молекулярные мишени для разработки новых методов лечения.

«Этот новаторский инструмент знаменует собой преобразующий прогресс в декодировании сложного языка модификаций РНК, которые регулируют клеточные реакции»,-говорит профессор Питер Дедон, соавтор основной исследователь в Smart AMR, профессор биологической инженерии в MIT и соответствующий автор статьи. «Используя опыт AMR в масс-спектрометрии и эпитранскриптомике РНК, наше исследование раскрывает новые методы для обнаружения сложных генных сетей, критических для понимания и лечения рака, а также инфекции с антибиотиками, обеспечивая быстрые, крупномасштабные анализы, ускоряет инструмент, ускоряет основные ученые открытия и развитие диагностики и терапии, которые будут учитывать, что будет учитывать, что будет учитывать, что будет учитывать, что будет учитывать, что будет учитывать, что будет учитывать, что будет ускорять ура.

Ускорение исследований, промышленности и применения в области здравоохранения

Этот универсальный инструмент имеет широкие применения в научных исследованиях, промышленности и здравоохранении. Это обеспечивает крупномасштабные исследования регуляции генов, биологии РНК и клеточных реакций на экологические и терапевтические проблемы. Фармацевтическая и биотехнологическая промышленность может использовать ее для обнаружения лекарств и скрининга биомаркеров, эффективно оценивая, как потенциальные лекарства влияют на модификации РНК и клеточное поведение. Это помогает развивать целевую терапию и персонализированные медицинские методы лечения.

«Это первый инструмент, который может быстро и количественно профилировать модификации РНК на тысячах образцов», – говорит Цзиндзин Сан, научный сотрудник Smart AMR и первый автор статьи. «Это не только позволило нам обнаружить новые РНК-модифицирующие ферменты и генные сети, но и открывает дверь для идентификации биомаркеров и терапевтических мишеней для таких заболеваний, как рак и устойчивые к антибиотикам». Впервые крупномасштабный эпитрумный анализ является практичным и доступным ».

Заглядывая в будущее: продвижение клинических и фармацевтических применений

Двигаясь вперед, Smart AMR планирует расширить возможности инструмента для анализа модификаций РНК в клетках и тканях человека, выходя за рамки микробных моделей, чтобы углубить понимание механизмов заболевания у людей. Будущие усилия будут сосредоточены на интеграции платформы в клинические исследования, чтобы ускорить открытие биомаркеров и терапевтических целей. Перевод технологии в инструмент анализа в эпитранскриптоме, который можно использовать в фармацевтических и медицинских условиях, будет способствовать разработке более эффективных и персонализированных методов лечения.

Исследование, проведенное в Smart, поддерживается Национальным исследовательским фондом Сингапура в рамках своего кампуса для исследований и технологических предприятий.