新研发的RNA工具可以照亮大脑电路甚至编辑特定的细胞

由神经生物学家Z. Josh Huang博士和博士后研究员Yongjun Qian博士领导的团队使用一种基于RNA的探针，证明了他们可以将荧光标签引入细胞，以标记特定类型的脑组织；一个光敏的开关，以沉默或激活他们选择的神经元；甚至一个自毁酶，以精确清除一些细胞而不是其他。这项工作将于今天（2022年10月5日）发表在《自然》杂志上。

他们的选择性细胞监测和控制系统依赖于ADAR酶，这种酶在每个动物的细胞中都有。虽然这些处于CellREADR（通过内源性ADAR的RNA传感进行细胞访问）的早期阶段，但可能的应用似乎是无止境的，Huang说，它在整个动物界发挥作用的潜力也是如此。

Huang说："我们很兴奋，因为这提供了一个简化的、可扩展的和可普及的技术，以监测和操纵任何动物的所有细胞类型。我们实际上可以修改特定类型的细胞功能来管理疾病，而不考虑其最初的遗传倾向。这在目前的治疗方法或药物中是不可能的。"

CellREADR是一串可定制的RNA，由三个主要部分组成：一个传感器，一个停止信号，和一套蓝图。

首先，研究小组决定他们要研究的具体细胞类型，并确定由该细胞类型独特产生的目标RNA。该工具显著的组织特异性依赖于这样一个事实，即每种细胞类型都会产生其他细胞类型所没有的标志性RNA。

然后设计一个传感器序列作为目标RNA的互补链。就像DNA上的梯子是由互补分子组成的，它们本身就相互吸引，RNA也有同样的表现类似磁性的特性，如果它有匹配的分子，就能与另一块RNA连接。

在一个传感器进入细胞并找到其目标RNA序列后，两片RNA会粘在一起，形成一片双链RNA。这种新的RNA混杂物触发了ADAR酶来检查新的创造物，然后改变其代码的一个核苷酸。

ADAR酶是一种细胞防御机制，旨在当双链RNA发生时对其进行编辑，并被认为存在于所有动物细胞中。

了解到这一点后，Qian利用ADAR在双链RNA中编辑的相同特定核苷酸设计了CellREADR的停止标志。只有当CellREADR的传感器与它的目标RNA序列对接时，阻止蛋白质蓝图被构建的停止标志才会被移除，这使得它对特定的细胞类型具有高度的特异性。

一旦ADAR移除停止标志，蓝图就可以被细胞机器读取，在目标细胞内构建新的蛋白质。

在他们的论文中，Huang和他的团队让CellREADR经历了它自己的磨练。"我记得两年前，当Yongjun建立了CellREADR的第一个迭代并在小鼠大脑中进行测试时，"Huang说。"令我惊讶的是，他第一次尝试就取得了惊人的效果。"

该团队的精心策划和设计得到了回报，因为他们随后能够证明CellREADR准确地标记了活体小鼠的特定脑细胞群，以及有效地添加了活动监视器和控制开关的指示。它在大鼠和从癫痫手术中收集的人类脑组织中也运作良好。

"有了CellREADR，我们可以挑选人群进行研究，并真正开始研究人脑中存在的全部细胞类型，"共同作者Derek Southwell博士说，他是一名神经外科医生和杜克大学神经外科部门的助理教授。

Southwell希望CellREADR将提高他和其他人对人类大脑电路和其中细胞的布线图的理解，并在这样做的过程中，帮助推进神经系统疾病的新疗法，例如他正在试验的一种治疗耐药性癫痫的有希望的新方法。

Huang和Qian对CellREADR作为"可编程RNA药物"可能治愈疾病的潜力特别有信心和希望，因为这正是吸引他们俩从事科学工作的初衷。他们已经为该技术申请了专利。

"当我在本科时主修药理学时，我非常天真，"Qian说。"我以为可以做很多事情，比如治愈癌症，但实际上这非常困难。然而，现在我想，是的，也许我们可以做到。"