Een radar voor ADAR: Veranderde gen volgt RNA-bewerking in neuronen

Een radar voor ADAR: Veranderde gen volgt RNA-bewerking in neuronen

Anonim

door Brown University

Image

Om te volgen wat ze niet kunnen zien, kijken piloten naar de groene gloed van het radarscherm. Nu hebben biologen die genexpressie, individuele variatie en ziekte volgen een eigen gloeiende groene indicator: biologen van Brown University hebben een "radar" ontwikkeld voor het volgen van ADAR, een cruciaal enzym voor het bewerken van RNA in het zenuwstelsel.

De vooruitgang geeft wetenschappers een manier om te zien wanneer en waar ADAR actief is in een levend dier en hoeveel daarvan werkt. In experimenten in fruitvliegjes beschreven in het tijdschrift Nature Methods , tonen de onderzoekers verrassende graden van individuele variatie in de RNA-bewerkingsactiviteit van ADAR in de leer- en geheugencentra van de hersenen van individuele vliegen.

"We hebben deze moleculaire reporter ontworpen om ons een fluorescerende uitlezing van levende organismen te geven, " zei Robert Reenan, professor in de biologie en senior auteur van het artikel, dat op 25 december 2011 verschijnt. "Als het gaat om genexpressie en regulatie, de duivel zit in de details. "

Biologen weten al dat fouten bij het transcriberen van RNA uit DNA kunnen leiden tot onjuiste genexpressie in het zenuwstelsel en kunnen bijdragen aan ziekten zoals epilepsie, suïcidale depressie en schizofrenie. Meer recent hebben ze bewijs verzameld dat ADAR geassocieerd is met ziekte. Bijvoorbeeld in een studie in Nature Neuroscience twee maanden geleden, beschreven Reenan en collega's aan de Universiteit van Pennsylvania diepgaande verbanden tussen ADAR en een model van Fragile X mentale retardatie bij fruitvliegen.

Reenan zei dat het gebruik van de nieuwe 'reporter'-tool om te zoeken naar correlaties tussen ADAR-activiteitsniveaus en gedrag of ziekte nieuwe inzichten kan opleveren in hoe RNA-bewerkingsfouten tot dergelijke variaties leiden. Maar hij speculeerde ook dat de mechanica van hoe hij en zijn onderzoeksgroep het fluorescerende ADAR-volgsysteem hebben gemaakt, kan worden aangepast om ooit therapieën mogelijk te maken op basis van gerichte RNA-reparatie. Hun verslaggever werkt door van ADAR te eisen dat hij een opzettelijk gebroken individuele RNA-letter op een gemanipuleerd gen fixeert.

"We repareren eigenlijk RNA op het niveau van een enkel informatiebit, of nucleotide, " zei Reenan. "Hier hebben we laten zien dat we een mutante versie van een gen kunnen nemen en de functie ervan kunnen herstellen, maar op RNA-niveau in plaats van DNA."

Een verslaggever van een redacteur

Reenan en derde auteur Kyle Jay begonnen te werken om de verslaggever te maken in 2006 toen Jay een student was die net begon aan wat een gevierde senior scriptie bij Brown zou worden. Ze begonnen met een bekend hulpmiddel van moleculaire biologie: een kwallengen dat een eiwit produceert dat groen oplicht bij blootstelling aan ultraviolet licht. De strategie was om het gen opzettelijk te breken op een manier die ADAR bij uitstek geschikt is om te repareren.

Eerst ontwikkelden ze het gen om de noodzakelijke "intron" -code op te nemen die een specifieke splitsingsoperatie vereist. Vervolgens voegden ze de "stopcodon" TAG in plaats van TGG in, waardoor de transcriptie ophield, waardoor de productie van het groene fluorescerende eiwit effectief werd voorkomen. Maar voordat splicing optreedt en wanneer ADAR het stopcodon UAG in het RNA-transcript vindt, bewerkt het de A naar een I, die de juiste informatie herstelt, en de vertaling van het hele gen verloopt alsof er geen stopmutatie in het DNA was. Dus wanneer splicing en ADAR-bewerking plaatsvinden, gloeien neuronen met de genreporter groen.

Om te zien waar ADAR-bewerking en -splitsing plaatsvond, vergeleken met alleen splicing alleen, hebben ze ook een gemanipuleerd gen opgezet met de splitsingsvereiste, maar niet het TAG-codon. Dat zou geel fluorescerend eiwit produceren wanneer alleen splitsing plaatsvond.

Gewapend met hun nieuwe ADAR-verslaggever gingen Reenan en hoofdauteur James Jepson op pad om enkele biologische waarnemingen te doen in vliegen. Een daarvan was dat ADAR-activiteit meer uitgesproken is in bepaalde delen van de hersenen van zich ontwikkelende larven dan in de hersenen van volwassenen. Het team vond ook een grote variatie in ADAR-activiteit in de hersenen van vliegen van vergelijkbare leeftijd van individu tot individu. Dit was een verrassing, zei Reenan, omdat alle vliegen in wezen genetisch identiek waren.

Een veelzijdige nieuwe tool?

Reenan zei dat hij er vertrouwen in heeft dat de ADAR-verslaggever in meer organismen nuttig kan zijn dan de fruitvlieg. Het idee om de verslaggever te creëren is voortgekomen uit de onderzoeken van zijn laboratorium naar vergelijkende genomica bij een aantal soorten. ADAR komt ondertussen zowel bij ongewervelde dieren als bij gewervelde dieren voor. In feite beschrijven de onderzoekers in de krant het testen van de flexibiliteit van hun engineering door in hun gemanipuleerde kwallengen - bestemd als het was voor een fruitvlieg - het splicing-intron van een mot in te voegen.

"Zo was het, een chimera van kwallen-mot-gen werd verlamd door mutatie en hersteld door een fruitvliegenzym, " zei Reenan. "Rube Goldberg zou trots zijn."

Reenan zei dat hij van plan is om de ADAR-reporter in vliegen te gebruiken om het onderzoek naar de genen geassocieerd met Fragile X voort te zetten en is benieuwd naar iemand die aan de aandoening bij muizen werkt om het eens te proberen.

Het idee om deze methode aan te passen om ADAR te sturen om verkeerd getranscribeerd RNA te repareren of DNA-schade op RNA-niveau op een therapeutische manier om te keren, ligt verder in de toekomst. Maar in zekere zin is ADAR nu tenminste op de radar.