소형 조건부 RNA

Small conditional RNA

소형 조건부 RNA(scRNA)는 체외, 체내 또는 [1]체내 신호 전달을 수행하기 위해 상호 작용하고 인지 분자 입력에 반응하여 조건부로 배열을 변경하도록 설계된 작은 RNA 분자 또는 복합체(일반적으로 약 100nt 미만)이다.

cognate 입력 분자가 없는 경우 scRNA는 상호 작용 없이 준안정적으로 또는 안정적으로 공존하도록 설계된다.관련 입력을 검출하면 원하는 출력 신호의 생성으로 이어지는 하나 이상의 scRNA의 다운스트림 구조 변화가 시작된다.출력 신호는 내인성 생체 회로의 상태(예: 생물학적 연구 또는 의료 [2]진단을 위한 유전자 발현 매핑)를 읽거나 내인성 생체 회로의 상태(예: 생물학적 연구 또는 치료를 [1]위한 유전자 발현 방해)를 조절하기 위한 것일 수 있습니다.scRNA 시퀀스는 다른 입력을 인식하거나 다른 [1][2][3]출력을 활성화하도록 프로그래밍할 수 있으며, 단일 뉴클레오티드 시퀀스 [3]선택성을 달성합니다.scRNA 신호 변환은 동적 RNA 나노 기술, 분자 프로그래밍 및 합성 생물학의 새로운 분야에서 원리를 이용합니다.

그림 1작은 조건부 RNA를 사용한 형광 신호 증폭.준안정형 형광 scRNA는 동족 RNA 개시체를 검출하면 형광증폭 폴리머로 자가조립한다.이니시에이터 I는 단일 가닥 토홀드 '1'에 대한 염기쌍을 통해 헤어핀 H1과 핵을 형성하고, 헤어핀을 개방하여 단일 가닥 세그먼트 '3*-2*'를 포함하는 복합 I·H1을 형성하는 3방향 분기 이동을 매개한다.이 복합체는 토홀드 '3'에 염기쌍을 통해 헤어핀 H2와 핵을 형성하고, 헤어핀을 여는 가지 이동을 매개하여 단일 가닥 세그먼트 '2*-1*'를 포함하는 복합 I·H1·H2를 형성한다.따라서 개시자 배열을 재생하여 H1 및 H2 중합 단계를 번갈아 진행하는 연쇄 반응의 기초를 제공한다.붉은 별은 형광체를 나타냅니다.2010년 Choi [2]등으로부터의 이미지, Nature Publishing Group의 허가를 받아 사용.

scRNA 신호 전달의 예

형광체 표지 scRNA는 mRNA 표적 검출과 현장에서의 밝은 형광 증폭 폴리머 생성 사이에서 변환되도록 설계되었다(그림 1).[2]이런 맥락에서,scRNA 신호 전달 mRNA표현의 손상되지 않은 척추 동물 배아(그림 2)이내에 다중 매핑 가능하게 한다.[2]scRNAs 모양과 순서 전달을 수행할 조건부로 독립 'detection 목표의 mRNAX, 재치에 'silencing 목표의 mRNAY를 Dicer 기판을 생산하도록 설계되고 있다.h 후속 다이서 처리로 mRNA Y를 파괴 대상으로 하는 작은 간섭 RNA(siRNA)가 생성된다(그림 3).[1]이러한 맥락에서, scRNA 신호 전달은 조건부 RNA 간섭을 구현하기 위한 단계를 제공합니다(그림 4).

그림 2scRNA 신호 증폭 및 공초점 현미경을 사용하여 온전한 제브라피시 배아 내에서 5개의 다른 표적 mRNA의 동시 매핑.mRNA 표적에 상보적인 RNA 프로브는 불소포자 scRNA가 사슬형 형광증폭폴리머로 자가 조립되는 연쇄반응을 일으킨다.이러한 증폭 캐스케이드의 프로그래밍 가능성과 시퀀스 선택성은 5개의 scRNA 증폭기를 동일한 샘플에서 동시에 독립적으로 작동할 수 있도록 하며, 각 scRNA 증폭기는 5개의 표적 mRNA 중 하나의 발현을 위해 염색합니다.스케일바: 50μm.2010년 Choi [2]등으로부터의 이미지, Nature Publishing Group의 허가를 받아 사용.
그림 3작은 조건부 RNA에 의한 형상 및 배열 변환에 의한 조건부 Dicer 기판 형성. scRNA A·B는 mRNA 검출 대상 X(후속 a-b-c 포함)를 검출하여 mRNA 소음 대상 Y(후속적인 'w-x-y-RZ' 포함)를 대상으로 한 Dicer 기판 B·C를 제조한다.A는 발끝 매개 3방향 분기 이동 및 자발적 해리를 통해 B를 X와 교환한다(1단계).B는 루프/토홀드 핵형성과 3방향 분기 이동을 통해 C와 조립(2단계)하여 다이서 기판 B·C를 형성한다.화학적 수식(2µOME-RNA)은 열화를 방지한다: A 및 C(파시 백본)의 일부.Hochrein et al.[1] 2013의 이미지. 미국 화학 협회의 허가를 받아 사용.
그림 4조건부 RNAi(유전자 X가 전사된 경우, 무음 독립 유전자 Y)는 유전자 녹다운에 대해 시공간적 제어를 하기 위한 개념적 프레임워크를 제공한다.이를 위해 mRNA '검출 대상' X의 결합과 독립된 mRNA '침묵 대상' Y를 대상으로 한 Dicer 기질 생산 사이의 변환으로 작은 조건부 RNA(scRNA)가 상호작용하고 형태를 변화시킨다.Hochrein et al.[1] 2013의 이미지. 미국 화학 협회의 허가를 받아 사용.

설계 요소

scRNA는 다양한 설계 [1]요소를 이용하도록 설계할 수 있습니다.

  • scRNA 반응물은 전이성 또는 안정성이 있을 수 있다.
  • scRNA 신호 전달 캐스케이드는 촉매 또는 비촉매일 수 있습니다.
  • scRNA는 토홀드/토홀드 핵형성, 루프/토홀드 핵형성 또는 템플릿/토홀드 핵형성을 통해 서로 또는 입력 또는 출력 분자와 핵형성할 수 있다.
  • scRNA는 3방향 분기 이동, 4방향 분기 이동 또는 자발 해리를 통해 서로 또는 입력 또는 출력 분자와 분리될 수 있습니다.
  • scRNA 반응물은 모노머, 이합체 또는 기타 멀티머일 수 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f g Hochrein LM, Schwarzkopf M, Shahgholi M, Yin P, Pierce NA (2013). "Conditional Dicer substrate formation via shape and sequence transduction with small conditional RNAs". Journal of the American Chemical Society. 135 (46): 17322–17330. doi:10.1021/ja404676x. PMC 3842090. PMID 24219616.
  2. ^ a b c d e f Choi HM, Chang JY, Trinh LA, Padilla JE, Fraser SE, Pierce NA (2010). "Programmable in situ amplification for multiplexed imaging of mRNA expression". Nature Biotechnology. 28 (11): 1208–1212. doi:10.1038/nbt.1692. PMC 3058322. PMID 21037591.
  3. ^ a b Sternberg JB, Pierce NA (2014). "Exquisite sequence selectivity with small conditional RNAs". Nano Letters. 14 (8): 4568–4572. Bibcode:2014NanoL..14.4568S. doi:10.1021/nl501593r. PMC 4134187. PMID 24979041.