En ny rettet evolutionsteknik til at frigøre potentialet for xeno-nukleinsyrer

Udover at være påkrævet for nogle af molekylærbiologiens kerneteknikker, reverse transcriptase (RT) enzymer har spillet en central rolle i syntetisk genetik ved at muliggøre syntese, replikation, og udvikling af xeno-nukleinsyrer (XNA'er). Imidlertid, for de fleste XNA -kemier, ingen RT -enzymer er tilgængelige, eller eksisterende enzymer har lav aktivitet. Philipp Holligers gruppe, i LMB's PNAC -afdeling, har udviklet en ny målrettet udviklingsmetode til forbedring af RT -aktivitet for enhver nukleinsyrekemi og opdaget en ny gruppe af optimale RT -enzymer.

XNA'er er genetiske polymerer som DNA eller RNA, men med ændrede sukkerringe, baser, eller rygrad. På trods af disse forskellige kemikalier, de er stadig i stand til at lagre og videregive genetisk information og kan udføre enzymatiske funktioner meget som RNA -enzymer, også kendt som ribozymer. De kan også fungere som aptamerer og binde sig til proteiner med høj specificitet og affinitet, ligesom antistoffer gør. Disse funktioner og de forskellige egenskaber som følge af deres forskellige kemikalier betyder, at XNA'er kan have en lang række anvendelser inden for bioteknologi og medicin. Imidlertid, generation af XNA-aptamerer og XNAzymer har været begrænset af mangel på højfideligheds-RT-enzymer.

Hvad er omvendt transkription?

Det første trin i det såkaldte centrale dogme i molekylærbiologi er transkription af DNA til fremstilling af RNA. RNA kan også transkriberes for at producere DNA, og syntetiske RT -enzymer giver adgang til XNA'er.

Ved at gøre det muligt for forskere at konvertere RNA til DNA, RT -enzymer gør det muligt for forskere lettere at undersøge, hvilke gener der transskriberes inde i celler, og derfor hvilke gener der er "på, "gennem kerneteknikker som RT-PCR og RNAseq. Ved siden af ​​applikationer inden for forskning, denne kapacitet bruges også til medicinske tests, såsom at teste for tilstedeværelse af viralt RNA, herunder i COVID-19 tests.

For at afhjælpe manglen på high-fidelity RT-enzymer, Gillian Houlihan og andre fra Philipps gruppe udviklede en ny rettet evolutionsteknik, der førte til opdagelsen af ​​en ny gruppe optimale RT -enzymer, der kan afkode genetisk information mere præcist og mere effektivt. Vigtigere, denne nye metode er kompatibel med enhver nukleinsyrekemi, og deres opdagelse omfatter nye RT -enzymer til XNA -kemier, for hvilke der ikke tidligere fandtes et RT -enzym. Blandt de nye RT-enzymer er de første enzymer, der er i stand til aktivt korrekturlæsning under XNA-revers transkription, forbedring af nøjagtigheden.

High fidelity RNA RT -enzymer vil have umiddelbare anvendelser inden for forskning og bioteknologi, da de vil give forbedret sekventeringsnøjagtighed ved analyse af cellulære eller virale RNA'er. Forbedret XNA RT -aktivitet vil sandsynligvis hjælpe udviklingen af ​​nye XNA -aptamerer, der kan være nyttige i diagnostik og terapi til en lang række sygdomme. Som et specifikt eksempel, dette arbejde omfatter det første RT-enzym til XNA-kemien, der anvendes i det anti-sense oligo-lægemiddel nusinersen, der har FDA- og EMA-godkendelse til behandling af spinal muskelatrofi. Opdagelse af dette RT-enzym åbner mulighed for at kvantificere niveauet og halveringstiden for dette lægemiddel hos patienter, som kan hjælpe behandlingen.