Developing optogenetic and chemogenetic approaches to control RNA metabolism in live cells

开发光遗传学和化学遗传学方法来控制活细胞中的 RNA 代谢

基本信息

  • 批准号:
    10491144
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 37.99万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-20 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary The overarching goal of this proposal is to develop a strategy to manipulate single mRNAs in live cell and use it to study post-transcriptional gene regulation, which is essential for cells to restrict proteins synthesis at the right time and place. It becomes a leading research focus because of its importance in learning, memory, development and other fundamental biological processes. Despite decades of research, the spatiotemporal dynamics of post-transcriptional regulation is poorly understood. This is due to the lack of experimental tools to control gene expression with high temporal resolution in subcellular compartments, such as leading edges of moving fibroblasts, anterior or posterior poles of developing oocytes, neuronal growth cones or dendritic spines. In this work, we propose to develop strategies to regulate gene expression at the single mRNA level in subcellular compartments. To achieve this goal, we will create optogenetic and chemigenetic tools to control single RNAs in live cells. First, we will use light- induced or chemical-induced dimerizer to tether protein factors onto target RNAs. Because proteins control the RNA metabolism, this allows us to regulate the fate of single mRNAs or modify the coded protein anywhere in a cell by precisely manipulating laser illumination or administering small molecules. Second, we will use chemically-modified light-sensitive guide RNA for the recently developed programmable RNA-targeting CRISPR-Cas13 technology. We plan to develop a light inducible RNA knock-down method and RNA binding proteins to modulate any endogenous RNA. We will use the technology to study the decay mechanism by synchronously induction of rapid RNA degradation. Combined with previously developed single mRNA translation assay in our lab, we will investigate the interplay between translation and decay machineries. By controlled RNA editing, we will visualize the distribution of newly synthesized proteins from single mRNAs in neuronal dendrites. Gene expression regulation plays a central role in all biological problems. The tool that the PI proposed here represents the ultimate spatiotemporal precision that one can manipulate when and where a gene is expressed. It is comparable to RNA interference technology, with added advantages of subcellular resolution, activating, repressive, and mRNA editing capability. The molecular biological reagents and microscopy tools will be applicable to a broad range of scientific community. This will allow us to address questions that cannot be answered before.
项目摘要 这项提案的首要目标是开发一种策略来操纵单个mRNA 并将其用于研究转录后基因调控,这对于细胞 在正确的时间和地点限制蛋白质合成。它成为一个主要的研究焦点 由于它在学习、记忆、发育和其他基本生物学过程中的重要性, 流程.尽管经过几十年的研究,转录后的时空动态 对规则了解甚少。这是由于缺乏实验工具来控制基因 在亚细胞区室中具有高时间分辨率的表达,例如 移动的成纤维细胞、发育中的卵母细胞的前极或后极、神经元生长锥或 树突棘在这项工作中,我们建议制定策略,以调节基因表达, 亚细胞区室中的单个mRNA水平。为了实现这一目标,我们将 光遗传学和化学遗传学工具来控制活细胞中的单个RNA。首先,我们将使用光- 诱导的或化学诱导的二聚化剂,以将蛋白质因子拴系到靶RNA上。因为 蛋白质控制RNA代谢,这使我们能够调节单个mRNA的命运或修饰 通过精确地操纵激光照射或施用 小分子。第二,我们将使用化学修饰的光敏引导RNA, 最近开发的可编程RNA靶向CRISPR-Cas13技术。我们计划 开发光诱导RNA敲低方法和RNA结合蛋白,以调节任何 内源RNA我们将利用这项技术,通过同步辐射, 诱导RNA快速降解。结合先前开发的单个mRNA 在我们的实验室中,我们将研究翻译和衰变之间的相互作用 机械。通过控制RNA编辑,我们将可视化新合成的RNA的分布。 神经元树突中单个mRNA的蛋白质。 基因表达调控在所有生物学问题中起着核心作用。该工具, 这里提出的PI代表了人们可以操纵的最终时空精度, 以及基因在哪里表达。它与RNA干扰技术相当, 亚细胞分辨率,激活,抑制和mRNA编辑能力的优势。的 分子生物学试剂和显微镜工具将适用于广泛的科学领域, 社区这将使我们能够解决以前无法回答的问题。

项目成果

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