Team finder stabilt RNA-nano-stillads i viruskernen

Med opdagelsen af ​​et RNA-nano-stillads, der forbliver usædvanligt stabilt i kroppen, forskere ved University of Cincinnati (UC) har overvundet endnu en barriere for udviklingen af ​​terapeutisk RNA-nanoteknologi.

Peixuan Guo, PhD, Dane og Mary Louise Miller begavet formand og professor i biomedicinsk teknik, og hans kolleger i UC's College of Engineering and Applied Sciences rapporterer konstruktionen af ​​en termodynamisk stabil RNA-nanopartikel online i tidsskriftet Natur nanoteknologi.

Nanopartikler, konstrueret ud fra et tre-vejs junction (3WJ) motiv af pakning af RNA (pRNA) molekyler, kan fungere som en platform for at bygge større, multifunktionelle nanopartikler, siger Guo, som derefter kan injiceres i kroppen for at levere terapeutika til målrettede celler.

"RNA-nanopartikler har applikationer til behandling af kræftformer og virusinfektioner, " han siger, "men et af problemerne på området er, at RNA-nanopartikler er relativt ustabile. Uden kovalente bindinger eller tværbinding for at holde dem sammen, de nanopartikler, der produceres via selvsamling, kan dissociere, når de injiceres i dyrs og menneskers cirkulationssystemer, hvor de findes i meget lave koncentrationer."

I arbejdet, Guo og forskere udforskede den unikke struktur af DNA-pakningsmotoren af ​​bakteriofag phi29, en virus, der inficerer bakterier. Motoren er gearet af en ring af pRNA-molekyler, der indeholder sammenlåsende sløjfer og spiralformede domæner, som er sat sammen af ​​et stærkt 3WJ motiv.

"pRNA'et er ekstraordinært stærkt, " siger Guo, "da det er en mekanisk del, som naturen bruger til at geare en kraftig motor. Denne styrke gør den til en ideel platform til at konstruere RNA-nanopartikler. Ydermere, kernen har unikke og usædvanligt stabile funktioner, såsom modstand mod stærke denatureringsmidler som urinstof og evnen forbliver intakt ved ultralave koncentrationer i fravær af magnesium."

Brug af tre små fragmenter af RNA med høj affinitet til samling i større strukturer, forskere var i stand til at genskabe 3WJ-kernen uden for pRNA-strukturen. Ud over, hver arm af 3WJ-kernen kan fusioneres til siRNA-molekyler, receptorbindende ligander og RNA-aptamerer, molekylære værktøjer, der er nødvendige for, at nanopartikler kan finde en målrettet celle inde i kroppen og dæmpe gener i den.

Den resulterende nanopartikel forblev stabil og funktionel in vitro og, når det introduceres in vivo, målrettede tumorer specifikt uden at diffundere til andre kritiske organer eller normalt væv.

"At lave fusionskomplekser af DNA eller RNA er ikke svært, " siger Guo, "men at sikre den passende foldning af individuelle moduler i komplekset for at bevare deres funktion efter fusion er en vanskelig opgave. pRNA 3WJ-kernen styrer foldningen af ​​individuelle funktionelle moduler, og stabiliteten af ​​3WJ-kernen sikrer, at hvert fusionsmodul forbliver foldet for korrekt funktion."

Tidligere i år, Guo og hans team overvandt en anden hindring for RNA-nanoteknologi, risikoen ved RNase, et almindeligt enzym, der hurtigt nedbryder RNA ved kontakt. Ved at erstatte en kemisk gruppe i RNA's ribosering, Guos team var i stand til at gøre RNA'et modstandsdygtigt over for nedbrydning, samtidig med at den bevarer sin evne til at samles til nanopartikler og danne passende 3D-struktur og funktion.