RNA-Origami ermöglicht Anwendungen in der synthetischen Biologie

RNA-Origami ermöglicht Anwendungen in der synthetischen Biologie

Zeigt ein Molekularmodell von dCas9, das an Leit-RNA gebunden ist – ein RNA-Origami-Fusionsmolekül, das Transkriptionsfaktoren in die Promotorsequenz einbringt. Bildnachweis: Cody Geary, Universität Aarhus

Die Entwicklung von Werkzeugen zur präzisen Steuerung biologischer Prozesse struggle eine der Hauptsäulen des inzwischen ausgereiften Gebiets der synthetischen Biologie. Diese wissenschaftlichen Werkzeuge leihen sich Prinzipien aus vielen Forschungsbereichen, die in Kombination einzigartige Anwendungen ermöglichen, die für die moderne Gesellschaft potenziell transformativ sind.

Die Übertragung neuerer RNA-Nanotechnologie-Innovationen in einen biologischen Kontext hat aufgrund ihrer Kompatibilität mit der Faltung und Expression in Zellen ein enormes Potenzial, bringt aber auch einzigartige Herausforderungen mit sich, wie z. B. strenge Leistungsbedingungen und die inhärente Instabilität von RNA-Molekülen.

Eine hochmoderne strukturelle RNA-Designmethode, die in Andersens Labor entwickelt wurde und als „RNA-Origami“ bezeichnet wird, versucht jedoch, dies anzugehen. Dieser Ansatz versucht, komplexe, vom Menschen hergestellte RNA-basierte Geräte zu schaffen, die in Zellen stabil sind, mit anderen Biomolekülen, einschließlich RNA und anderen Proteinen, interagieren und einzigartige Anwendungen ermöglichen, insbesondere im Zusammenhang mit der Genregulation.

Belegt durch zwei unterschiedliche Ansätze, die kürzlich in veröffentlicht wurden Nukleinsäureforschungwird RNA Origami als eine ausgeklügelte RNA-Designplattform präsentiert, die bei Anwendung im zellulären Kontext einzigartige Moleküle für eine auf synthetischer Biologie basierende Regulation erzeugt.

RNA-Origami ermöglicht Anwendungen in der synthetischen Biologie

Die mRNA mit Operatoren wird durch die Proteine ​​gehemmt, die sie exprimieren. Origami-RNA-Moleküle fungieren als Schwämme, die Proteine ​​binden und die mRNA wieder transkriptionell aktiv machen. Kredit: ACS Synthetische Biologie (2022)

RNA-Schwämme regulieren die Enzymproduktion in Bakterien

Im ersten Ansatz wurde RNA-Origami verwendet, um eine genaue Kontrolle der Proteinproduktionsniveaus bei der Expression in Bakterien zu erreichen. Autoinhibitorische Proteinexpressionskassetten wurden synthetisiert, indem eine starke Bindungsstelle für das exprimierte Protein in seinem eigenen Gen stabilisiert wurde. Dann wurden dekorierte RNA-Origami mit den gleichen Proteinbindungsstellen mit einer großen Menge dekoriert.

Auf diese Weise fungiert RNA Origami als Proteinschwamm, der die Proteine ​​in der Zelle isoliert und die Expression des autoinhibierten Proteins ermöglicht. Es wurde gezeigt, dass dieses allgemeine Konzept die gleichzeitige Regulation mehrerer Proteine ​​und den Betrieb enzymatischer Wege zur Verbesserung der Produktausbeute ermöglicht.

RNA origami permits functions in artificial biology

CRISPR-dCas9 fungiert als Hauptregulator von sgRNA-RNA-Fusionsmolekülen, die Transkriptionsfaktoren in die Promotorsequenz einbringen. Zeichnungen von George Potholakis. ihm zugeschrieben: Nukleinsäureforschung (2022). DOI: 10.1093/nar/gkac470

CRISPR-basierte Regler für chemische Hefefabriken

Bei der zweiten Methode wurde RNA-Origami mit CRISPR, einer der beliebtesten modernen molekularbiologischen Techniken, kombiniert, um die Genexpression in Hefe zu regulieren. RNA Origamis wird in kleine RNAs eingebaut, die CRISPR-Cas9 lenken, um auf spezifische Sequenzen im DNA-Genom abzuzielen.

RNA-Origami-Gerüste sind mit Proteinbindungsstellen ausgestattet, die in der Lage sind, Transkriptionsfaktoren zu rekrutieren. Durch das Focusing on von RNA-Gerüsten auf Promotorregionen aktivieren Transkriptionsfaktoren die Genexpression. Es wurde gezeigt, dass die Stärke der Expression durch die Orientierung des Gerüsts und die Menge spezifischer Transkriptionsfaktoren eingestellt werden kann. Schließlich wurde gezeigt, dass mehrere Enzymwege für die Produktion des Krebsmedikaments Violacin in hoher Ausbeute kontrolliert werden können.


Industrielles Protein-Qualitätskontrollsystem in Bakterien


Mehr Informationen:
Georgios Potholakis et al, Verwendung von RNA-Origami-Gerüsten in Saccharomyces cerevisiae zur Kontrolle der dCas9-vermittelten Transkription, Nukleinsäureforschung (2022). DOI: 10.1093/nar/gkac470

Bereitgestellt von der Universität Aarhus

das Zitat: RNA Origami Allows Purposes in Artificial Biology (2022, 5. Okt.) Abgerufen am 5. Okt. 2022 von https://phys.org/information/2022-10-rna-origami-enables-applications-synthetic.html

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