杜克大學的科學家們已經開發出一種基於RNA的編輯工具，針對單個細胞，而不是基因。它能夠精確瞄準任何類型的細胞，並有選擇地添加任何感興趣的蛋白質。研究人員說，該工具可以使修改非常具體的細胞和細胞功能來管理疾病。
由神經生物學家Z. Josh Huang博士和博士后研究員Yongjun Qian博士領導的團隊使用一種基於RNA的探針，證明了他們可以將熒光標籤引入細胞，以標記特定類型的腦組織；一個光敏的開關，以沉默或激活他們選擇的神經元；甚至一個自毀酶，以精確清除一些細胞而不是其他。這項工作將於今天（2022年10月5日）發表在《自然》雜誌上。
他們的選擇性細胞監測和控制系統依賴於ADAR酶，這種酶在每個動物的細胞中都有。雖然這些處於CellREADR（通過內源性ADAR的RNA傳感進行細胞訪問）的早期階段，但可能的應用似乎是無止境的，Huang說，它在整個動物界發揮作用的潛力也是如此。
Huang說：”我們很興奮，因為這提供了一個簡化的、可擴展的和可普及的技術，以監測和操縱任何動物的所有細胞類型。我們實際上可以修改特定類型的細胞功能來管理疾病，而不考慮其最初的遺傳傾向。這在目前的治療方法或藥物中是不可能的。”
CellREADR是一串可定製的RNA，由三個主要部分組成：一個傳感器，一個停止信號，和一套藍圖。
首先，研究小組決定他們要研究的具體細胞類型，並確定由該細胞類型獨特產生的目標RNA。該工具顯著的組織特異性依賴於這樣一個事實，即每種細胞類型都會產生其他細胞類型所沒有的標誌性RNA。
然後設計一個傳感器序列作為目標RNA的互補鏈。就像DNA上的梯子是由互補分子組成的，它們本身就相互吸引，RNA也有同樣的表現類似磁性的特性，如果它有匹配的分子，就能與另一塊RNA連接。
在一個傳感器進入細胞並找到其目標RNA序列后，兩片RNA會粘在一起，形成一片雙鏈RNA。這種新的RNA混雜物觸發了ADAR酶來檢查新的創造物，然後改變其代碼的一個核苷酸。
ADAR酶是一種細胞防禦機制，旨在當雙鏈RNA發生時對其進行編輯，並被認為存在於所有動物細胞中。
了解到這一點后，Qian利用ADAR在雙鏈RNA中編輯的相同特定核苷酸設計了CellREADR的停止標誌。只有當CellREADR的傳感器與它的目標RNA序列對接時，阻止蛋白質藍圖被構建的停止標誌才會被移除，這使得它對特定的細胞類型具有高度的特異性。
一旦ADAR移除停止標誌，藍圖就可以被細胞機器讀取，在目標細胞內構建新的蛋白質。
在他們的論文中，Huang和他的團隊讓CellREADR經歷了它自己的磨練。”我記得兩年前，當Yongjun建立了CellREADR的第一個迭代並在小鼠大腦中進行測試時，”Huang說。”令我驚訝的是，他第一次嘗試就取得了驚人的效果。”
該團隊的精心策劃和設計得到了回報，因為他們隨後能夠證明CellREADR準確地標記了活體小鼠的特定腦細胞群，以及有效地添加了活動監視器和控制開關的指示。它在大鼠和從癲癇手術中收集的人類腦組織中也運作良好。
“有了CellREADR，我們可以挑選人群進行研究，並真正開始研究人腦中存在的全部細胞類型，”共同作者Derek Southwell博士說，他是一名神經外科醫生和杜克大學神經外科部門的助理教授。
Southwell希望CellREADR將提高他和其他人對人類大腦電路和其中細胞的布線圖的理解，並在這樣做的過程中，幫助推進神經系統疾病的新療法，例如他正在試驗的一種治療耐藥性癲癇的有希望的新方法。
Huang和Qian對CellREADR作為”可編程RNA藥物”可能治癒疾病的潛力特別有信心和希望，因為這正是吸引他們倆從事科學工作的初衷。他們已經為該技術申請了專利。
“當我在本科時主修藥理學時，我非常天真，”Qian說。”我以為可以做很多事情，比如治癒癌症，但實際上這非常困難。然而，現在我想，是的，也許我們可以做到。”