Modello molecolare che mostra dCas9 legato a una molecola di fusione di origami RNA-RNA guida che porta fattori di trascrizione a una sequenza di promotori. Credito:Cody Geary, Università di Aarhus
Lo sviluppo di strumenti per il controllo preciso dei processi biologici è stato uno dei pilastri principali del campo ormai maturo della biologia sintetica. Questi strumenti scientifici prendono in prestito principi da una moltitudine di campi di ricerca che, se combinati, consentono applicazioni uniche potenzialmente trasformative per la società moderna.
La traduzione delle moderne innovazioni della nanotecnologia dell'RNA nel contesto biologico possiede un potenziale immenso grazie alla compatibilità con il ripiegamento e l'espressione nelle cellule, ma impone anche sfide uniche come condizioni di prestazioni ristrette e instabilità intrinseca delle molecole di RNA.
Tuttavia, un recente approccio alla progettazione dell'RNA strutturale sviluppato nel laboratorio Andersen, chiamato "origami di RNA", sta cercando di affrontare questo problema. Questo approccio tenta di generare dispositivi artificiali complessi basati su RNA che sono stabili nelle cellule, interagiscono con altre biomolecole, inclusi altri RNA e proteine, e consentono applicazioni uniche, in particolare nel contesto della regolazione genica.
Dimostrato da due approcci distinti recentemente pubblicati in Nucleic Acids Research , l'origami di RNA è presentato come una sofisticata piattaforma di progettazione dell'RNA che, se applicata nel contesto cellulare, genera molecole uniche per la regolazione basata sulla biologia sintetica.
Un mRNA con operatori è inibito dalle proteine che esprimono. Le molecole di origami di RNA fungono da spugne che legano le proteine e rendono nuovamente attivi traslazionalmente gli mRNA. Credito:Biologia Sintetica ACS (2022)
Le spugne di RNA regolano la produzione di enzimi nei batteri
Nel primo approccio, l'origami di RNA è stato utilizzato per ottenere un controllo preciso dei livelli di produzione di proteine quando espresso nei batteri. Le cassette di espressione proteica autoinibitori sono state realizzate installando un forte sito di legame per la proteina espressa nel proprio gene. Successivamente, gli origami di RNA decorati con gli stessi siti di legame alle proteine sono stati espressi in grande eccesso.
In questo modo, l'origami di RNA funge da spugna proteica che sequestra le proteine nella cellula e consente l'espressione della proteina auto-inibita. È stato dimostrato che questo concetto generale consente la regolazione simultanea di diverse proteine e attiva percorsi enzimatici per una migliore resa del prodotto.
CRISPR-dCas9 funziona come un regolatore principale delle molecole di fusione di sgRNA - RNA origami che portano fattori di trascrizione a una sequenza di promotore. Grafica di George Pothoulakis. Credito:Ricerca sugli acidi nucleici (2022). DOI:10.1093/nar/gkac470
Regolatori basati su CRISPR per stabilimenti chimici di lievito
Nel secondo approccio, l'origami di RNA è stato combinato con CRISPR, una delle tecniche di biologia molecolare moderna più popolari, per regolare l'espressione genica nel lievito. Gli origami di RNA sono stati integrati nei piccoli RNA che guidano CRISPR-Cas9 a mirare a sequenze specifiche nel genoma del DNA.
Gli scaffold di origami di RNA sono stati decorati con siti di legame proteico in grado di reclutare fattori di trascrizione. Puntando gli scaffold di RNA alle regioni del promotore, i fattori di trascrizione hanno attivato l'espressione genica. È stato dimostrato che la forza di espressione può essere regolata dall'orientamento dello scaffold e dalla quantità di fattori di trascrizione reclutati. Infine, è stato dimostrato che le vie multienzimatiche possono essere controllate per la produzione ad alto rendimento del farmaco antitumorale violaceina. + Esplora ulteriormente
