Автоматический инструмент для быстрого и масштабного профилирования модификаций РНК, связанных с заболеваниями

от

Исследователи разработали мощный инструмент, способный сканировать тысячи биологических образцов для обнаружения модификаций транспортной рибонуклеиновой кислоты (tRNA) — крошечных химических изменений в молекулах РНК, которые помогают контролировать рост клеток, их адаптацию к стрессу и реакцию на такие заболевания, как рак и инфекции, устойчивые к антибиотикам.

Возможности инструмента:
* ускорение исследований заболеваний;
* более точная диагностика;
* разработка более эффективных методов лечения таких заболеваний, как рак и инфекции, устойчивые к антибиотикам.

Исследование проводилось под руководством SMART AMR в сотрудничестве с:
* Наньянским технологическим университетом (NTU Singapore);
* Университетом Флориды;
* Университетом Олбани;
* Лодзинским технологическим университетом;
* Массачусетским технологическим институтом (MIT).

Понимание эпитранскриптома

Рак и инфекционные заболевания — это сложные состояния здоровья, при которых клетки вынуждены функционировать аномально из-за мутаций в их генетическом материале или под воздействием вторгающихся микроорганизмов.

Команда исследователей SMART является одним из мировых лидеров в понимании того, как эпитранскриптом — 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.

Учёные также изучают, как эта система нарушается при раке или используется вирусами, бактериями и паразитами при инфекционных заболеваниях.

Текущие молекулярные методы

Современные молекулярные методы, используемые для изучения обширного эпитранскриптома и тысяч различных типов модифицированной РНК, часто медленные, трудоёмкие, дорогостоящие и включают использование опасных химических веществ, которые ограничивают возможности и скорость исследований.

Решение проблемы

Команда SMART разработала новый инструмент, который позволяет быстро и автоматически профилировать модификации tRNA — молекулярные изменения, регулирующие выживание клеток, их адаптацию к стрессу и реакцию на заболевания.

Эта возможность позволяет учёным составлять карты регуляторных сетей клеток, обнаруживать новые ферменты и связывать молекулярные закономерности с механизмами заболеваний, открывая путь для улучшения открытия и разработки лекарств, а также более точной диагностики заболеваний.

Исследование SMART, недавно опубликованное в Nucleic Acids Research, под названием «Профилирование модификаций tRNA выявляет регуляторные сети эпитранскриптома в Pseudomonas aeruginosa», показывает, что инструмент уже позволил обнаружить ранее неизвестные РНК-модифицирующие ферменты и составить карту сложных сетей регуляции генов.

Используя роботизированные системы для работы с жидкостями, исследователи извлекли tRNA из более чем 5 700 генетически модифицированных штаммов Pseudomonas aeruginosa — бактерии, вызывающей такие инфекции, как пневмония, инфекции мочевыводящих путей, инфекции кровотока и раневые инфекции.

Образцы были ферментативно расщеплены и проанализированы с помощью жидкостной хроматографии — тандемной масс-спектрометрии (LC-MS/MS) — метода, который разделяет молекулы на основе их физических свойств и идентифицирует их с высокой точностью и чувствительностью.

В рамках исследования было получено более 200 000 точек данных в подходе с высоким разрешением, который выявил новые РНК-модифицирующие ферменты и упрощённые генные сети, контролирующие реакцию клеток на стресс.

Например, данные показали, что метилтиотрансфераза MiaB, один из ферментов, ответственных за модификацию tRNA ms2i6A, оказалась чувствительной к доступности железа и серы, а также к метаболическим изменениям при низком уровне кислорода.

Подобные открытия подчёркивают, как клетки реагируют на стрессы окружающей среды, и могут привести к разработке будущих методов лечения или диагностики.

Автоматизированная система SMART специально разработана для быстрого и безопасного профилирования модификаций tRNA в тысячах образцов.

В отличие от традиционных методов, которые являются дорогостоящими, трудоёмкими и используют токсичные растворители, такие как фенол и хлороформ, этот инструмент использует робототехнику для автоматизации подготовки проб и анализа, устраняя необходимость в обращении с опасными химическими веществами и снижая затраты.

Это достижение повышает безопасность, производительность и доступность, позволяя использовать его в рутинной практике в исследовательских и клинических лабораториях.

Как первая система, способная количественно и системно профилировать модификации tRNA в таком масштабе, инструмент предоставляет уникальный и всесторонний взгляд на эпитранскриптом — полный набор химических модификаций РНК в клетках.

Эта возможность позволяет исследователям проверять гипотезы о модификациях РНК, раскрывать новые биологические закономерности и определять перспективные молекулярные мишени для разработки новых методов лечения.

«Этот новаторский инструмент знаменует собой преобразующий прорыв в расшифровке сложного языка модификаций РНК, которые регулируют клеточные ответы. Используя опыт AMR в масс-спектрометрии и эпитранскриптомных исследованиях РНК, наши исследования открывают новые методы обнаружения сложных генных сетей, имеющих решающее значение для понимания и лечения рака, а также инфекций, устойчивых к антибиотикам», — сказал профессор Питер Дедон, со-ведущий главный исследователь (PI) в SMART AMR, профессор биологической инженерии в MIT и автор статьи.

«Обеспечивая быстрый и крупномасштабный анализ, инструмент ускоряет как фундаментальные научные открытия, так и разработку целевых методов диагностики и лечения, которые помогут решить насущные глобальные проблемы здравоохранения», — добавил он.

Этот универсальный инструмент имеет широкое применение в научных исследованиях, промышленности и здравоохранении. Он позволяет проводить крупномасштабные исследования регуляции генов, биологии РНК и клеточных ответов на экологические и терапевтические вызовы.

Фармацевтическая и биотехнологическая промышленность может использовать его для открытия лекарств и скрининга биомаркеров, эффективно оценивая, как потенциальные лекарства влияют на модификации РНК и поведение клеток. Это способствует разработке целевых методов лечения и персонализированных медицинских процедур.

«Это первый инструмент, который может быстро и количественно профилировать модификации РНК в тысячах образцов. Он не только позволил нам обнаружить новые РНК-модифицирующие ферменты и генные сети, но и открывает двери для идентификации биомаркеров и терапевтических мишеней для таких заболеваний, как рак и инфекции, устойчивые к антибиотикам. Впервые крупномасштабный эпитранскриптомный анализ стал практичным и доступным», — сказала доктор Цзинцзин Сун, научный сотрудник SMART AMR и первый автор статьи.

В дальнейшем SMART AMR планирует расширить возможности инструмента для анализа модификаций РНК в клетках и тканях человека, выходя за рамки микробных моделей, чтобы углубить понимание механизмов заболеваний у людей.

Дальнейшие усилия будут направлены на интеграцию платформы в клинические исследования для ускорения обнаружения биомаркеров и терапевтических мишеней.

Перевод технологии в инструмент для анализа всего эпитранскриптома, который можно будет использовать в фармацевтической и медицинской практике, будет способствовать разработке более эффективных и персонализированных методов лечения.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте