SNIPRs: новый метод для обнаружения точечных мутаций в живых клетках

Точечные мутации — изменение всего одного нуклеотида в ДНК или РНК — могут приводить к серьёзным заболеваниям: от нейрофиброматоза и серповидноклеточной анемии до некоторых форм рака. Их обнаружение в живых клетках было сложной задачей.

Исследователи из Biodesign Center for Molecular Design and Biomimetics представили новый метод SNIPRs (Single-Nucleotide-Specific Programmable Riboregulators). Он позволяет с высокой точностью и в живых клетках выявлять точечные мутации по одной разнице в нуклеотиде, а также эпигенетические изменения (например, метилирование).

Как работают SNIPRs

  • Устройства SNIPRs содержат комплементарные фрагменты РНК, которые связываются с целевыми последовательностями РНК в клетке.
  • При точном совпадении с мутировавшей РНК структура SNIPR разворачивается, давая рибосоме доступ для синтеза белка.
  • При связывании с немодифицированной последовательностью (несовпадение) трансляция блокируется.
  • Разница в экспрессии гена между мутировавшей и нормальной РНК в экспериментах на E. coli достигала 100-кратного уровня (по выработке белка), что облегчает детекцию.

Метод основан на детекции различий в энергии связывания (гибридизации), которая зависит от количества водородных связей между основаниями (G–C = 3 связи, A–U = 2 связи).

Практическое применение и преимущества

  1. Диагностика: Технология совместима с бумажными диагностическими тестами, которые работают при температуре тела человека и дают цветовой результат. Это создаёт потенциал для:

    • Недорогого персонального генотипирования.
    • Скрининга на мутации, связанные с болезнями, в домашних условиях.
    • Использования в регионах с ограниченными медицинскими ресурсами.

  2. Идентификация патогенов: Метод уже показал практическое применение для:

    • Обнаружения вируса Зика и идентификации его штаммов.
    • Различения очень похожих последовательностей (например, текущего коронавируса и вируса атипичной пневмонии 2002–2003 гг.).

  3. Онкология и генетика: SNIPRs могут:

    • Выявлять единичные мутации, ответственные за редкие агрессивные опухоли (например, гранулёзоклеточную опухоль яичников).
    • Определять статус носительства мутаций в генах BRCA1 и BRCA2 (гетеро- или гомозиготность), что критически важно для оценки риска рака груди.

  4. Устойчивость к терапии: Технология может быстро и дёшево (в отличие от традиционных тестов стоимостью >$200 за образец) выявлять мутации в ВИЧ, приводящие к неэффективности антиретровирусной терапии, и направлять лечение.

Процесс проектирования SNIPRs автоматизирован с помощью компьютерных алгоритмов, что делает их доступными для использования без глубоких знаний о фолдинге РНК.

Исследование опубликовано в журнале Cell.

2020-02-27