Neuartiges Werkzeug, das auf ungewöhnliche RNA-Strukturen abzielt f

RNA-G-Quadruplex

Bild: G-reiche Sequenzen in RNA können sich zu G-Quartetts falten, die durch Kaliumionen (K+) stabilisiert werden. Wenn G-Quartette gestapelt werden, können sie sich zu einem RNA-G-Quadruplex (rG4)-Motiv falten. Es wurde festgestellt, dass rG4s mit Krebs, neurologischen Störungen und viraler Pathogenese in Verbindung stehen.
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Bildnachweis: Dr. Kwok Chun-Kit

Ribonukleinsäuren (RNAs), die den in der DNA gespeicherten genetischen Code entschlüsseln und Proteine ​​produzieren, falten sich zu verschiedenen Strukturen, um grundlegende biologische Prozesse in allen Lebensformen, einschließlich des Menschen, zu steuern. Das Targeting von krankheitsassoziierten RNA-Strukturen mit arzneimittelähnlichen kleinen Molekülen war einer der Goldstandards für die Entwicklung von RNA-adressierenden Arzneimitteln im wissenschaftlichen Bereich. Kürzlich hat ein Forschungsteam an City University of Hong Kong (CityU) entwickelte eine neue Art von RNA-Struktur-Targeting-Tool zur spezifischen Erkennung ungewöhnlicher viersträngiger RNA-Strukturen, die mit Krankheiten wie Krebs und neurologischen Störungen in Verbindung gebracht werden. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, neue therapeutische Instrumente für verwandte Behandlungen zu entwickeln.

Die Recherche wurde geleitet von Dr. Kwok Chun-Kit, Associate Professor in der Abteilung für Chemie und dem State Key Laboratory of Marine Pollution an der CityU. Es wurde veröffentlicht in Naturprotokollemit dem Titel „Entwicklung von RNA-G-Quadruplex (rG4), der auf L-RNA-Aptamere abzielt, durch rG4-SELEX“.

RNA-G-Quadruplexe: verbunden mit Krebs und neurologischen Störungen

„Wir sind die erste Gruppe weltweit, die ‚rG4-gerichtete L-RNA-Aptamere‘ entwickelt hat, eine neue Art von Werkzeug, das auf RNA-G-Quadruplex (rG4) abzielen kann. Unsere Daten deuten darauf hin, dass diese neu entwickelten L-RNA-Aptamere exquisit sind Bindungsaffinität und Selektivität gegenüber rG4-Targets und übertraf oft die bestehenden hochmodernen kleinen Moleküle, die auf rG4 abzielen”, sagte Dr. Kwok. Er beschrieb ihre Errungenschaften als „ermutigend“ und fügte hinzu: „Sie bieten neue und wichtige Richtungen für das selektive Targeting von rG4s und möglicherweise auch für andere ungewöhnliche Nukleinsäurestrukturen in DNA und RNA.“

Was ist rG4? Es ist eine spezielle Struktur, die aus RNA-Sequenzen gebildet wird, die in Menschen, Pflanzen, Bakterien und Viren zu finden sind. Es kann ein strukturelles Gerüst für die Proteinbindung sein und verschiedene biologische Funktionen erfüllen. Es wurde festgestellt, dass einzelne rG4-Kandidaten wichtige funktionelle und genregulatorische Rollen in Zellen spielen. Jüngste Studien haben rG4 auch mit Krankheiten wie Krebs, neurologischen Störungen und viraler Pathogenese in Verbindung gebracht.

Um rG4 weiter zu untersuchen, besteht der erste Schritt darin, sie zu lokalisieren. Im Laufe der Jahre basierte der Hauptansatz zum Targeting funktioneller rG4s auf niedermolekularen Liganden, d. h. organischen oder anorganischen Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht. „Die meisten der entwickelten rG4-Liganden können jedoch rG4s mit ähnlichen Strukturen nicht unterscheiden, was eine erhebliche Herausforderung darstellt, wenn es darum geht, ein selektives Targeting spezifischer rG4s für die Genkontrolle und -manipulation zu erreichen“, erklärte Dr. Kwok.

Targeting von rG4s mit neuartigen L-RNA-Aptameren

Um diese Herausforderung zu meistern, entwickelten Dr. Kwok und sein Team “L-RNA-Aptamer-basiertes rG4-Targeting”, eine brandneue Lösung für dieses seit langem bestehende Problem. Aptamere sind kurze, einzelsträngige DNA- oder RNA-Moleküle, die sich zu definierten Strukturen falten und an spezifische Ziele wie Metallionen und Proteine ​​binden.

Dr. Kwok und sein Team haben fast zwei Jahre damit verbracht, eine Aptamer-Selektionsplattform namens „rG4-SELEX“ aufzubauen, um verschiedene L-RNA-Aptamere zu entwickeln, die auf das interessierende rG4 abzielen.

In ihrem Experiment entdeckte das Team, dass das L-RNA-Aptamer, das sie “L-Apt.3-7” nennen, fest an das beabsichtigte rG4-Ziel gebunden war und es nicht mit anderen ähnlichen rG4-Strukturen verwechselte. Dies verdeutlichte, dass ein selektives rG4-Targeting mit einem L-RNA-Aptamer, einer neuen Entdeckung, erreicht werden kann.

Das Team zeigte auch, dass L-RNA-Aptamere verwendet werden können, um die rG4-Protein-Wechselwirkungen zu stören, um ihre biochemischen und zellulären Funktionen zu stoppen, die möglicherweise für therapeutische Zwecke manipuliert werden können. Ihre experimentellen Ergebnisse zeigten, dass die Leistung von L-RNA-Aptameren bei der rG4-Protein-Interferenz mindestens gleich, wenn nicht sogar besser ist als die der hochmodernen rG4-Targeting-Liganden.

Neuland mit grenzenlosem Potenzial

„In dieser Forschung haben wir das erste universelle Framework für die robuste Entwicklung von L-RNA-Aptameren eingeführt, um auf biologisch und therapeutisch relevante rG4-Strukturen und rG4-Protein-Interaktionen abzuzielen. Unsere Ergebnisse bieten eine neue Zielstrategie für die potenzielle Behandlung von Krankheiten in der Zukunft.“ erklärte Dr. Kwok.

Dr. Kwok und sein Team forschen derzeit an der Anwendung von auf rG4 gerichteten L-RNA-Aptameren, um eine Reihe von krankheitsbedingten rG4-Strukturen und rG4-Protein-Wechselwirkungen bei der Codierung und Decodierung menschlicher RNA anzugreifen.

Dr. Kwok ging davon aus, dass weitere Verfeinerungen dieser Aptamer-Selektionsplattform die Entwicklung verschiedener auf RNA-Strukturen ausgerichteter L-Aptamere im Hochdurchsatz ermöglichen würden, die möglicherweise zur Bekämpfung menschlicher Krankheiten wie COVID-19 eingesetzt werden können. „Ich bin fest davon überzeugt, dass das Streben nach technologischer Innovation unsere wissenschaftliche Erforschung und unser tieferes Verständnis der Biologie auf natürliche Weise vorantreiben wird“, fügte er hinzu.

Dr. Kwok ist der korrespondierende Autor des Papiers. Dr. Umar Mubarak Ishaq und Herr Chan Chun-yinbeide zuvor vom Department of Chemistry und dem State Key Laboratory of Marine Pollution an der CityU, sind die Erstautoren des Papiers.

Die Arbeit wurde von CityU, dem Research Grants Council in Hongkong, der Croucher Foundation, dem Shenzhen Basic Research Project und dem State Key Laboratory of Marine Pollution von CityU unterstützt.

https://www.cityu.edu.hk/research/stories/2022/05/10/novel-tool-targeting-unusual-rna-structures-potential-therapeutic-applications


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