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Progressi nell'analisi dell'RNA: Introducendo RISER

Un nuovo strumento migliora lo studio dei tipi di RNA a bassa abbondanza in tempo reale.

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L'RNA, o acido ribonucleico, gioca un ruolo fondamentale nelle nostre cellule. Trasporta istruzioni dal DNA, aiutando a produrre proteine di cui il nostro corpo ha bisogno per funzionare. Tra i diversi tipi di RNA, ce ne sono alcuni con lavori importanti ma che esistono in quantità molto piccole. Questo include gli RNA lunghi non codificanti ([LncRNA](/it/keywords/long-rna-non-codificanti--kk5005n)), che non producono proteine ma influenzano comunque molti processi biologici, come lo sviluppo e le malattie.

La Sfida di Misurare l'RNA

Quando gli scienziati studiano l'RNA, spesso usano un metodo chiamato sequenziamento, che li aiuta a leggere le informazioni genetiche delle molecole di RNA. Tuttavia, la maggior parte dei metodi di sequenziamento tende a favorire i tipi di RNA abbondanti, come l'RNA messaggero (mRNA). Questo significa che tipi di RNA meno comuni, come gli lncRNA, possono essere trascurati. Di conseguenza, gli scienziati affrontano difficoltà nel comprendere questi tipi di RNA meno abbondanti e le loro funzioni.

Metodi Attuali per l'Analisi dell'RNA

Per studiare in modo efficace i tipi di RNA a bassa abbondanza, i ricercatori hanno sviluppato tecniche che aiutano a isolare queste specifiche molecole di RNA prima del sequenziamento. Queste tecniche spesso coinvolgono processi chimici che possono essere costosi e richiedere molto tempo. Inoltre, questi metodi possono a volte danneggiare l'RNA, portando a risultati imprecisi. C'è anche una limitazione nel fatto che questi metodi di solito mirano solo a sequenze di RNA conosciute, perdendo così tipi di RNA appena scoperti.

Introduzione di RISER: Un Nuovo Approccio

Per superare le sfide sopra menzionate, è stata sviluppata una nuova tecnologia chiamata RISER. RISER consente la separazione in tempo reale dei tipi di RNA senza la necessità di complessi processi biochimici. Questo significa che i ricercatori possono concentrarsi sullo studio dell'RNA che è meno abbondante, garantendo al contempo l'integrità dell'RNA.

Come Funziona RISER

RISER funziona insieme a un tipo specifico di sequenziamento RNA chiamato Sequenziamento diretto dell'RNA. In questo metodo, le molecole di RNA vengono lette mentre passano attraverso un piccolo poro. RISER sfrutta questo processo. Utilizza l'intelligenza artificiale per analizzare i segnali elettrici prodotti mentre l'RNA viene sequenziato. Riconoscendo i modelli nei segnali, RISER può identificare il tipo di RNA presente e decidere se mantenerlo o espellerlo dal processo di sequenziamento.

Classificazione dell'RNA in Tempo Reale

Quando le molecole di RNA iniziano a passare attraverso il poro di sequenziamento, RISER valuta rapidamente i segnali elettrici e utilizza un modello di deep learning per classificare il tipo di RNA. Se l'RNA corrisponde a un tipo che il ricercatore desidera esaurire, RISER invia un comando per rimuovere quell'RNA dal processo di sequenziamento. Questo consente di allocare più risorse di sequenziamento a tipi di RNA meno abbondanti, come gli lncRNA.

Uso Efficiente delle Risorse

Uno dei principali vantaggi di RISER è la sua efficienza. I metodi tradizionali di analisi dell'RNA spesso richiedono più tempo e più potenza computazionale. Al contrario, RISER può classificare rapidamente i segnali dell'RNA e richiede meno dati di input per fare previsioni accurate. Questo significa che i ricercatori possono ottenere risultati molto più rapidamente, il che è particolarmente cruciale durante le sessioni di sequenziamento dal vivo in cui il tempo è limitato.

Risultati dall'Uso di RISER

Quando RISER è stato testato, ha mostrato risultati promettenti. In configurazioni sperimentali dal vivo, RISER è stato in grado di esaurire efficacemente tipi di RNA abbondanti come gli mRNA e gli RNA mitocondriali (mtRNA) mentre arricchiva i conteggi di lettura sequenziali degli lncRNA. Questo dimostra la capacità di RISER di aiutare i ricercatori a concentrarsi sullo studio di tipi rari di RNA senza perdere dati cruciali.

Applicazioni Più Ampie di RISER

Oltre ad analizzare semplicemente gli lncRNA, RISER ha il potenziale di essere adattato per vari tipi e applicazioni di RNA. Il software può essere facilmente aggiornato per incorporare nuovi modelli di RNA, rendendolo altamente flessibile. Questa adattabilità significa che i ricercatori possono utilizzare RISER per studi diversi, inclusi quelli relativi alla salute umana e alle malattie, così come in diversi organismi.

L'Importanza dei Tipi di RNA

Gli lncRNA, sebbene non direttamente coinvolti nella produzione di proteine, giocano ruoli significativi nella regolazione di vari processi cellulari. Ad esempio, possono aiutare a controllare l'espressione genica, influenzando come le cellule crescono e funzionano. Comprendere come funzionano questi tipi di RNA può portare a scoperte su come si sviluppano le malattie, aprendo così la strada a nuovi trattamenti.

Vantaggi dell'Esaurimento dell'RNA in Tempo Reale

Una delle principali forze di RISER è la sua capacità di esaurire in tempo reale tipi di RNA indesiderati durante il processo di sequenziamento. Questo controllo dinamico significa che i ricercatori possono personalizzare i loro esperimenti per concentrarsi su tipi specifici di RNA senza perdere tempo o risorse preziose. I metodi tradizionali tendono ad analizzare tutti i tipi di RNA dopo il sequenziamento, il che può portare a quantità travolgenti di dati e complicare l'analisi.

Come RISER Sta Cambiando il Panorama della Ricerca sull'RNA

Con RISER, i ricercatori possono condurre esperimenti che prima erano difficili o impossibili. Migliorando la rilevazione di tipi di RNA a bassa abbondanza, RISER consente una comprensione più completa del panorama dell'RNA all'interno delle cellule. Questo può portare a scoperte in campi come la ricerca sul cancro, la biologia dello sviluppo e la medicina rigenerativa, dove comprendere tipi rari di RNA è cruciale per scoprire nuovi biomarcatori e potenziali terapie.

Il Futuro del Sequenziamento dell'RNA

Lo sviluppo di tecnologie come RISER rappresenta un passo avanti significativo nella ricerca sull'RNA. Mentre gli scienziati continuano a esplorare le complessità dell'RNA, avere strumenti che migliorano la loro capacità di rilevare e analizzare vari tipi di RNA sarà essenziale. RISER è destinato a diventare uno strumento standard nei laboratori, migliorando l'efficienza e l'accuratezza del sequenziamento dell'RNA.

Conclusione

In sintesi, RISER offre una soluzione innovativa per le sfide associate allo studio dei tipi di RNA a bassa abbondanza. Permettendo l'identificazione e la separazione in tempo reale dell'RNA durante il sequenziamento, questa tecnologia aiuta i ricercatori a esplorare l'universo dell'RNA in modo più efficace. Con la continua crescita di questo campo, il ruolo di RISER nel facilitare la ricerca sull'RNA probabilmente si espanderà, portando a nuove scoperte scientifiche e progressi nella salute.

Fonte originale

Titolo: Biochemical-free enrichment or depletion of RNA classes in real-time during direct RNA sequencing with RISER

Estratto: The heterogeneous composition of cellular transcriptomes poses a major challenge for detecting weakly expressed RNA classes, as they can be obscured by abundant RNAs. Although biochemical protocols can enrich or deplete specified RNAs, they are time-consuming, expensive and can compromise RNA integrity. Here we introduce RISER, a biochemical-free technology for the real-time enrichment or depletion of RNA classes. RISER performs selective rejection of molecules during direct RNA sequencing by identifying RNA classes directly from nanopore signals with deep learning and communicating with the sequencing hardware in real time. By targeting the dominant messenger and mitochondrial RNA classes for depletion, RISER reduced their respective read counts by more than 85%, resulting in an increase in sequencing depth of up to 93% for long non-coding RNAs. We also applied RISER for the depletion of globin mRNA in whole blood, achieving a decrease in globin reads by more than 90% as well as a significant increase in non-globin reads. Furthermore, using a GPU or a CPU, RISER is faster than GPU-accelerated basecalling and mapping. RISERs modular and retrainable software and intuitive command-line interface allow easy adaptation to other RNA classes. RISER is available at https://github.com/comprna/riser.

Autori: Eduardo Eyras, A. Sneddon, A. Ravindran, S. Shanmuganandam, M. Kanchi, N. Hein, S. Jiang, N. E. Shirokikh

Ultimo aggiornamento: 2024-03-02 00:00:00

Lingua: English

URL di origine: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.11.29.518281

Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.11.29.518281.full.pdf

Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Modifiche: Questa sintesi è stata creata con l'assistenza di AI e potrebbe presentare delle imprecisioni. Per informazioni accurate, consultare i documenti originali collegati qui.

Si ringrazia biorxiv per l'utilizzo della sua interoperabilità ad accesso aperto.

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