在胚胎发育和衰老过程中，以及在炎症和癌症等疾病中，细胞会随着时间的推移而动态变化。有些种群数量增加，有些种群数量减少。在不杀死被测量细胞的情况下追踪这些变化的能力，将为许多过程提供强有力的见解。
RNA分子是制造细胞用于各种功能的蛋白质的指令，它可以为细胞内部发生的事情提供精确的线索。然而，目前最先进的测量RNA的技术需要杀死细胞:将其打开以收集和分析其内部的所有分子。这意味着研究人员只能捕捉到细胞死亡前瞬间状态的快照，而不能观察到细胞如何随着时间的推移而发展和变化。
“读取”细胞中的RNA是研究生物过程的一种有用的方法，但实际上在细胞内修补或“编写”RNA是影响细胞行为从而治疗疾病的有力工具。例如，几种针对COVID-19的疫苗通过将信使RNA (mRNA)传递到细胞中，从而诱导产生针对该病毒的抗体来起作用。RNA可能是治疗多种疾病的有效手段，但将其输送到正确的细胞中一直具有挑战性。
现在，加州理工学院的研究人员已经开发出一种单一的系统，可以解决“读取”和“编写”RNA的挑战。这项新技术使科学家们能够在不破坏细胞的情况下长期研究细胞中的RNA，为跟踪从胚胎发育到癌症的无数细胞过程提供了一种新方法。值得注意的是，同样的系统也使编程细胞能够将RNA传递给其他细胞，从而开辟了以特定方式设计细胞行为的可能性，并潜在地允许新的治疗策略。
“在生物学的许多过程中，我们想知道细胞是如何随着时间而变化的，”该研究的第一作者、博士后学者菲利克斯·霍恩斯说。“例如，在发育过程中，胚胎通过改变细胞状态发育成许多不同的组织。许多疾病，如癌症，都是随着时间的推移而发生的过程，当然，衰老也会随着时间的推移而发生变化。
“RNA在告诉细胞该做什么方面起着核心作用，”霍恩斯补充道。“如果我们能测量细胞表达的RNA，就能让我们了解它在做什么。此外，正如我们在过去几年看到的RNA疫苗一样，我们可以将指令放入细胞中，并通过传递mRNA对其进行编程。”
生物学和生物工程教授、霍华德·休斯医学研究所研究员迈克尔·埃洛维茨说:“令人惊奇的是，同样的分子装置——我们的RNA输出系统——解决了读出和控制这两个看似独立的挑战。”
这项研究主要在埃洛维茨实验室进行，并与加州理工学院另外两名教员的实验室合作:帕梅拉·比约克曼，大卫·巴尔的摩生物学和生物工程教授和默金研究所教授;以及生物学研究教授卡洛斯·洛伊斯。一篇描述这项研究的论文发表在《细胞》杂志上。
这个新系统被称为COURIER(用于询问、表达和调节的RNA控制输出和摄取)，可以使RNA从细胞中输出。有了COURIER，人们可以对细胞进行基因工程改造，使其将自身的一些RNA包装在自我组装的小蛋白质容器中，然后将其“运送”(或分泌)到膜结合的囊泡中。
例如，研究人员可以对盒子进行编程，以包装某种类型的RNA，这是疾病的标志，或者是一个特定的“细胞识别卡”，告诉研究人员他们正在看的是什么细胞。或者，他们可以对盒子进行编程，以封装细胞中存在的所有RNA的样本，从而更广泛地了解细胞的活动情况。
无论哪种方式，小包装的RNA离开细胞，使研究人员能够收集和分析细胞内部工作的证据，而不会破坏它。通过这种方式，研究人员可以使用COURIER和输出的RNA来跟踪在诸如癌症或胚胎发育等动态过程中细胞群是如何随时间变化的。
COURIER的第二类应用是提供治疗。从细胞输出后，蛋白质容器可以与另一个细胞对接，并将RNA传递给它。然后，该细胞可以表达由RNA编码的蛋白质，这些蛋白质可以被设计成具有多种功能:编辑基因组，改变细胞状态，或者在细胞处于患病状态时杀死它。
目前，针对COVID-19的mRNA疫苗的操作类似，递送编码SARS-CoV-2病毒片段的mRNA，随后诱导抗体的产生。除了疫苗之外，mRNA的递送还可以用于一系列不同类型的药物。然而，一个关键的挑战是如何将mRNA传递到相关的细胞类型。
“原则上，活细胞可以作为可编程的信使rna运载工具，将治疗用的信使rna运送到体内正确位置的正确细胞，”Elowitz说。“为了实现这一愿景，我们需要一种方法，以一种可以被其他细胞吸收和表达的格式导出特定的mrna。这就是这个系统所提供的。COURIER允许一个细胞产生mRNA，然后将其包裹在颗粒中，将其传递给其他细胞，然后这些细胞将其表达出来。”
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希望本篇文章《一个合成的RNA输出系统揭示了细胞的动态生命，并为新的治疗方法提供了方向》能对你有所帮助！
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