Priporočena 2019

Izbira Urednika

Strelica časa?  To je vse v naših glavah
Konfliktna razprava o Lyme bolezni na jugu
Planet Zemlja-Twin, o katerem nihče ne govori

Genetsko logično vezje naredi celice samouničenje, če so videti rakave

Anonim

Dovolj je preprosto, da programska oprema naredi, kar želite. Svojem e-poštnemu odjemalcu bi lahko povedali, da prepozna in takoj izbriše vsa neželena sporočila - recimo katere koli od vaše tašče, ki vsebujejo besedo »obisk«, ne pa besede »torta«. Zdaj je Zhen Xie z Univerze Harvard in MIT našel način filtriranja nezaželenih človeških celic - v tem primeru posebne vrste rakavih celic - s podobno lahkoto.

Xie je razvil gensko "logično vezje", ki spodbuja celice, da se ubijejo, če se ravni petih molekul ujemajo z rakom celic. Yaakov Benenson, ki je vodil študijo, pravi: "Dolgoročno je vloga krogov", da delujejo kot miniaturni kirurgi, ki lahko prepoznajo in uničijo rakave celice. "To je zelo daleč, vendar je študija obetavna stopite v pravo smer.

Xie je delal s HeLa celicami, skupno linijo celic raka materničnega vratu, vzetih iz kmetovalcev tobaka, imenovanih Henrietta Lacks, leta 1951. Od takrat sta postali eno najpomembnejših orodij v sodobni medicini. Xie je opredelil pet majhnih molekul, imenovanih mikroRNA, ki delujejo kot podpis za HeLa celice, ki jih ločujejo od zdravih. Dva od mikroRNA so nenavadno pogosta v HeLi; trije so nenavadno redki.

Nato je Xie ustvaril pet genetskih stikal, ki bi samo flipali, če bi bile njihove ustrezne mikroRNA najdene na pravih ravneh. Stikala nadzirajo gen, imenovan Bax, izvršitelj, ki prisili celico, da se ubije. Če je vezje vneseno v celico, ki nosi molekularni podpis HeLa, vsa pet stikala flip, Bax se sprosti v delovanje in celica se samodejno samouničuje.

Xie je napeljal svoje vezje, tako da je Bax lahko zadržal vsaka od treh mikroRNA, ki jih najdemo v nizkih nivojih v celicah HeLa. Gen bi se aktiviral le, če bi bile vse tri molekule v veliki meri odsotne; katera koli od njih bi lahko ostala roka izvršitelja. Medtem pa obe mikroRNA, ki sta v HeLi pogosti, dejansko dvignejo omejitve na Baxu, tako da blokirajo gene, ki ga hranijo v pregledu. Tudi tokokrog potrebuje visoko stopnjo obeh molekul. Če je bodisi odsoten, se Bax zadrži.

Ta pameten set pomeni, da je treba vse pet stikal preklopiti, preden izvršitelj izvede krvavo delo. Celica umre le, če ustreza vsakemu od petih pogojev. In Xie je ugotovila, da je njegovo vezje delalo v praksi. Aktiviral Bax na veliko višjih nivojih v celicah HeLa in jih selektivno ubil, medtem ko je ostalim vrstam laboratorijskih celic ostal neharmiran.

To je zanimiv koncept: tweaking celice, tako da se samouničujejo, če gre preveč daleč po cesti proti raku. Ehud Shapiro, ki je delal z Benensonom na "računalniku DNK", pravi: "To delo je pomemben korak k uresničevanju vizije" zdravnika v celici "programirljivih molekularnih naprav, ki lahko gredo v telo, opremljeno z medicinsko znanje. "

Xie zdaj načrtuje testiranje tokokrogov pri živalih. Vendar pa je še vedno dolga pot, preden se ta pristop v praksi kdaj uporabi za diagnosticiranje, zdravljenje ali preprečevanje dejanskih vrst raka. Za začetek, vezje ni popolno. Uniči nekaj zdravih celic in pogreša nekaj HeLa, zato ima Xie nekaj dela pred njim, da zmanjša te napačne pozitivne in zamujene primere.

Obstajajo še drugi problemi. Prvič, da je vezje v celico je zahteven tehnični problem. Standardni pristop je uporaba virusa za preusmerjanje ustreznih genov v naravni genom, vendar bi to lahko ironično povečalo tveganje za raka, če bi geni končali na napačnem mestu.

Prav tako je zelo težko najti skupine molekul, ki lahko natančno ločujejo rakave celice od zdravih. Rak ni ena bolezen; obstaja na stotine vrst in podtipov, od katerih vsak ima svoje značilnosti. Celice HeLa so na primer rakave celice raka materničnega vratu, vendar so le ena celična linija . Panel mikroRNA, specifičen za HeLa, ne bi nujno izločil vseh rakov materničnega vratu. Za vsak tip ali podtip bi morali znanstveniki odkrivati ​​še en niz molekularnih markerjev.

Veliko ljudi si prizadeva za ta cilj, vendar je prizadevanje težavno. Ljudje so odkrili številne "biomarker plošče", vendar le malo jih stojijo na ponavljajočih se študijah ali imajo natančnost, ki je potrebna za primeren test raka. Vendar Benenson poudarja, da se je večina raziskav osredotočila na ravni molekul v krvi ali drugih telesnih tekočinah, medtem ko se je osredotočil na ravni v samih celicah. To bi lahko olajšalo iskanje skladnih sklopov molekularnih markerjev, čeprav priznava, da njihovo iskanje ne bo enostavno.

Kljub tem izzivom študija Xie dokazuje načelo, da se lahko celice "programirajo" z logičnimi vezji, ki se odzivajo na kombinacije molekul v njih. Lahko si predstavljate prihodnost, kjer so naše celice natovorjene s preprostimi biološkimi računalniki, ki spremljajo naše zdravje na molekularni ravni. To je daljša prihodnost, a ni nedosegljiva.

Sklic: Xie, Wroblewska, Prochazka, Weiss in Benenson. 2011. Večnamenski logični vezje RNAi za identifikacijo specifičnih celic raka. Znanost //dx.doi.org/10.1126/science.1205527

Top