在胚胎发育、衰老以及炎症和癌症等疾病的过程中，细胞会随着时间的推移而发生动态变化。有些细胞群体的数量在增加，而有些则在减少。能够在不杀死被测细胞的情况下追踪这些变化，将为许多生物过程提供深刻的见解。
RNA分子是细胞制造各种功能所需蛋白质的指令，它为细胞内部发生的事件提供了精确的线索。然而，目前最先进的RNA测量技术往往需要杀死细胞：通过打开细胞来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的瞬间状态，而无法观察细胞如何随时间演变和变化。
“读取”细胞中的RNA是研究生物过程的有效方法，但实际上在细胞内修补或“编写”RNA则是影响细胞行为、进而治疗疾病的强大工具。例如，几种针对COVID-19的疫苗通过将信使RNA (mRNA)传递到细胞中，诱导产生针对该病毒的抗体。RNA可能是治疗多种疾病的有效手段，但将其输送到合适的细胞中一直是一个挑战。
现在，加州理工学院的研究人员开发出一种单一系统，能够解决“读取”和“编写”RNA的难题。这项新技术使科学家能够在不破坏细胞的情况下，长期研究细胞中的RNA，为追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，这一系统还使得编程细胞能够将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，并潜在地推动新的治疗策略。
“在生物学的许多过程中，我们想了解细胞如何随时间变化，”该研究的第一作者、博士后学者菲利克斯·霍恩斯表示。“例如，在发育过程中，胚胎通过改变细胞状态发育成多种不同的组织。许多疾病，如癌症，都是随着时间推移而发生的过程，衰老也是一个随时间变化的过程。”
“RNA在指示细胞该做什么方面起着核心作用，”霍恩斯补充道。“如果我们能够测量细胞表达的RNA，就能了解它在做什么。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·埃洛维茨表示：“令人惊讶的是，同样的分子装置——我们的RNA输出系统——解决了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，并与加州理工学院的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及默金研究所教授；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已发表在《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），能够使RNA从细胞中输出。借助COURIER，研究人员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，研究人员可以编程这些容器，以包装某种类型的RNA，作为疾病的标志，或者作为特定的“细胞识别卡”，以告知研究人员他们正在观察的细胞类型。或者，他们可以编程这些容器，以封装细胞中存在的所有RNA的样本，从而更全面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，而不会对细胞造成损害。通过这种方式，研究人员可以利用COURIER和输出的RNA来追踪在癌症或胚胎发育等动态过程中细胞群体如何随时间变化。
COURIER的第二类应用是提供治疗。在细胞输出后，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，或在细胞处于病态时将其杀死。
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的递送还可以用于多种不同类型的药物。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细胞，”埃洛维茨说。“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，传递给其他细胞，这些细胞将其表达出来。”
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我是的签约作者“svs”！
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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