Forskere udvikler metode til at påvise mikroRNA fra levende celler

(PhysOrg.com) - Forskere ved University of Pennsylvania har udviklet en ny elektronisk metode til at påvise mikroRNA isoleret fra levende celler. MikroRNA'er er en klasse af små biomolekyler, der styrer genekspression til proteiner, cellens "arbejdere". MikroRNA'er virker ved at binde sig til specifikke messenger-RNA'er, der koder for proteiner, og, ved at gøre det, hæmmer proteinsyntesen.

mikroRNA'er, eller miRNA'er, blev oprindeligt identificeret i rundorme i 1993. Siden da, biologer har opdaget, at mikroRNA'er styrer genekspression, og derfor er der enorm interesse for disse molekyler som potentielle terapeutika til at dæmpe cancer og sygdomsrelaterede gener.

Problemet med mikroRNA-detektion er, at antallet af kopier af mikroRNA i celler er så lille, at detektion er ret udfordrende. Holdet udviklede en metode til at fremstille nanoporer i de tyndeste siliciumnitridmembraner, der er rapporteret til dato, ca. 6 nm tyk.

Først, holdet viste, at disse nanoporer øger signalopløsningen fra at læse DNA-molekyler, når de passerer gennem porerne. Efter at have demonstreret den øgede følsomhed, Penn-teamet havde brug for en metode til at isolere et specifikt mikroRNA fra celler.

De slog sig sammen med en gruppe ledet af Larry McReynolds fra New England Biolabs.

"Larry og kolleger havde et pænt trick:de bruger et viralt protein kaldet p19 til tæt at binde duplex RNA-molekyler med de nøjagtige dimensioner af mikroRNA'er, ” Meni Wanunu, en forskningsmedarbejder hos Penn, sagde. "Så vi udtænkte en plan, der bruger dette protein til at isolere meget små mængder af specifikke mikroRNA'er, som vi derefter kan kvantificere ved hjælp af vores porer."

Holdet fokuserede på at opdage miR122a, et leverspecifikt mikroRNA hos pattedyr.

De demonstrerede først, at deres nanoporer er pålidelige nok til at kvantificere koncentrationerne af disse små molekyler, der kun er 22 baser lange, eller 6 nm i længden. Efter at have lavet ultratynde membraner ved lokalt at ætse siliciumnitrid, gruppen brugte elektronstråler til at bore nanoporerne i den fortyndede del af siliciumnitridmembranerne.

"Ved brug af 3 nm diameter porer, disse duplex RNA-molekyler klemmer sig bare gennem porerne og gør det, hvert molekyle producerer et flot elektronisk signal, " sagde Wanunu. "Vi var glade, tingene fungerede rigtig fint. Disse er de mindste syntetiske porer i alle dimensioner, og det er overraskende, hvor stabile og robuste de er. Vi bruger dem nu rutinemæssigt til forskellige undersøgelser; de er vores nye state-of-the-art."

Artiklen, vist på forsiden af ​​november 2010-udgaven af Natur nanoteknologi , viser et dupleks mikroRNA-molekyle, der passerer gennem en meget tynd nanopore lavet i Penn.

"Det er vidunderligt at se de forventede forbedringer i signal til støj-forhold ved hjælp af disse tynde nanoporer, " Marija Drndić, en lektor i fysik og gruppelederen på projektet, sagde. "På trods af at de er tynde, de er ret robuste, og de ser ud til at fungere hver gang, fordi de ikke har tendens til at fange hydrofobe kontaminanter, og de tillader uhindret strømning gennem dem. Alt dette gør dem til ideelle kandidater til forskellige biofysiske applikationer."

Penn-teamet arbejder nu på specifikke metoder til at detektere andre små molekyler, samt at integrere disse nanoporer med fluidiske systemer for at forbedre følsomheden.

Undersøgelsen blev udført af Wanunu, Drndić Tali Dadosh og Vishva Ray of Penn, og Jingmin Jin og McReynolds fra New England Biolabs.