Un ARN condicional pequeño ( scRNA ) es una molécula o complejo de ARN pequeño (normalmente de menos de aproximadamente 100 nt ) diseñado para interactuar y cambiar la conformación condicionalmente en respuesta a entradas moleculares cognadas para realizar la transducción de señales in vitro , in situ o in vivo . [1]
En ausencia de moléculas de entrada cognadas, los scRNA se diseñan para coexistir de manera metaestable o estable sin interactuar. La detección de las entradas cognadas inicia cambios conformacionales posteriores de uno o más scRNA que conducen a la generación de la señal de salida deseada. La señal de salida puede estar destinada a leer el estado de los circuitos biológicos endógenos (p. ej., mapear la expresión génica para investigación biológica o diagnóstico médico), [2] o para regular el estado de los circuitos biológicos endógenos (p. ej., perturbar la expresión génica para investigación biológica o tratamiento médico). [1] Las secuencias de scRNA se pueden programar para reconocer diferentes entradas o para activar diferentes salidas, [1] [2] [3] logrando incluso selectividad de secuencia de un solo nucleótido. [3] La transducción de señales de scRNA explota los principios de las disciplinas emergentes de nanotecnología de ARN dinámico, programación molecular y biología sintética .
Ejemplos de transducción de señales de scRNA
Los scRNA marcados con fluoróforos han sido diseñados para transducir entre la detección de dianas de ARNm y la generación de polímeros de amplificación fluorescentes brillantes in situ (Figura 1). [2] En este contexto, la transducción de señales de scRNA permite el mapeo multiplexado de la expresión de ARNm dentro de embriones de vertebrados intactos (Figura 2). [2]
Los scRNA han sido diseñados para realizar la transducción de forma y secuencia para producir condicionalmente un sustrato Dicer dirigido al ARNm Y 'diana de silenciamiento' tras la detección de un ARNm X 'diana de detección' independiente, con el posterior procesamiento de Dicer produciendo un pequeño ARN interferente ( siRNA ) dirigido al ARNm Y para su destrucción (Figura 3). [1] En este contexto, la transducción de señales de scRNA proporciona un paso hacia la implementación de la interferencia de ARN condicional (Figura 4).
Elementos de diseño
Los scRNA se pueden diseñar para explotar diversos elementos de diseño: [1]
Las cascadas de transducción de señales de scRNA pueden ser catalíticas o no catalíticas.
Los scRNA pueden nuclearse entre sí o con moléculas de entrada o salida a través de nucleación de punto de apoyo-punto de apoyo, nucleación de bucle-punto de apoyo o nucleación de plantilla-punto de apoyo.
Los scRNA pueden disociarse entre sí o con moléculas de entrada o salida a través de una migración de ramificación de 3 vías, una migración de ramificación de 4 vías o una disociación espontánea.
Los reactivos de scRNA pueden ser monómeros, dímeros u otros multímeros.
Referencias
^ abcdefg Hochrein LM, Schwarzkopf M, Shahgholi M, Yin P, Pierce NA (2013). "Formación condicional del sustrato Dicer a través de la transducción de forma y secuencia con ARN condicionales pequeños". Journal of the American Chemical Society . 135 (46): 17322–17330. doi :10.1021/ja404676x. PMC 3842090 . PMID 24219616.
^ abcdef Choi HM, Chang JY, Trinh LA, Padilla JE, Fraser SE, Pierce NA (2010). "Amplificación in situ programable para imágenes multiplexadas de la expresión de ARNm". Nature Biotechnology . 28 (11): 1208–1212. doi :10.1038/nbt.1692. PMC 3058322 . PMID 21037591.
^ ab Sternberg JB, Pierce NA (2014). "Exquisita selectividad de secuencia con ARN condicionales pequeños". Nano Letters . 14 (8): 4568–4572. Bibcode :2014NanoL..14.4568S. doi :10.1021/nl501593r. PMC 4134187 . PMID 24979041.