هنگامی که شیائو وانگ درخواست شغل کرد ، بسیاری از مؤسساتی که در آن مصاحبه کردند ، فکر کردند که پیشنهاد تحقیق وی – برای مطالعه چرخه زندگی RNA در سلول ها و چگونگی تأثیر آن بر رشد طبیعی و بیماری – بسیار گسترده بود.
با این حال ، این مورد در هنگام مصاحبه با MIT نبود ، جایی که همکاران آینده وی ایده های خود را پذیرفتند و او را ترغیب کردند که حتی بیشتر باشد.
وانگ ، که انتصابات مشترکی را به وزارت شیمی و موسسه بروکیا MIT و هاروارد انجام می دهد ، می گوید: “آنچه من اکنون انجام می دهم حتی گسترده تر ، حتی جسورانه تر از آنچه که من در ابتدا ارائه می دادم.” “من از همه همکارانم در بخش خود و به صورت نقدی پشتیبانی بزرگی دریافت کرده ام تا بتوانم منابع لازم را برای انجام کاری که می خواهم انجام دهم. این همچنین نمایشی است که دانش آموزان شجاع هستند. در اینجا یک فرهنگ و محیط واقعاً نوآورانه وجود دارد ، بنابراین دانش آموزان از گرفتن چیزی که ممکن است عجیب یا غیرواقعی به نظر برسد ، نمی ترسند. “
کار وانگ در RNA دانشجویان شیمی ، زیست شناسی ، علوم کامپیوتر ، علوم اعصاب و سایر مناطق را گرد هم می آورد. در آزمایشگاه خود ، تحقیقات بر توسعه ابزارهایی متمرکز است که تعیین می کند در کجا در سلول انواع مختلفی از RNA پیام رسان به پروتئین ها ترجمه می شود – اطلاعاتی که می تواند ایده ای در مورد چگونگی کنترل سلول ها و آنچه در بیماری اشتباه گرفته می شود ، به ویژه در مغز ارائه دهد.
“موقعیت مشترک بین MIT Chemistry و Institute Broad برای من بسیار جذاب بود زیرا من به عنوان یک شیمیدان آموزش دیده بودم و دوست دارم دانشجویان را از شیمی آموزش و استخدام کنم. اما در این میان ، من همچنین می خواستم مباحث زیست پزشکی را در معرض نمایش قرار دهم و همکاران خارج از شیمی داشته باشم. من می توانم با زیست شناسان ، پزشکان و همچنین دانشمندان محاسباتی که همه این داده های ترسناک را تجزیه و تحلیل می کنند ، همکاری کنم. “
تصویر RNA
وانگ کار خود را در MIT در سال 2019 آغاز کرد ، درست قبل از شروع همه گیر Covid-19. تاکنون ، او تقریباً هیچ کس را در منطقه بوستون نمی شناخت ، اما استقبال گرمی پیدا کرد.
“من در MIT آموزش دیده نبودم و قبلاً در بوستون زندگی نمی کردم. در ابتدا ، من فقط با همکارانم و دانش آموزانم ، محافل اجتماعی بسیار کوچکی داشتم ، اما حتی در طول همه گیر شگفت انگیز ، هرگز احساس انزوا اجتماعی نمی کردم. من فقط احساس کردم که خیلی درگیر هستم ، اگرچه این یک دایره بسیار نزدیک و کوچک بود. “
در حال رشد در چین ، وانگ هنگام انتخاب در المپیاد ملی چین در ریاضیات و شیمی ، به علم در دبیرستان علاقه مند است. این به او فرصتی برای یادگیری مطالب تحصیلی سطح کالج داد و او سرانجام در رقابت ملی شیمی مدال طلا کسب کرد.
“این قرار گرفتن در معرض کافی بود تا من را در ابتدا به ریاضیات جلب کند ، اما بعداً بیشتر در شیمی بود. وانگ می گوید: در اینجا نحوه علاقه من به یک تخصص بیشتر و سپس مسیر شغلی علاقه مند شدم. “
وی فارغ التحصیل شیمی و مهندسی مولکولی در دانشگاه پکن بود. او در آنجا با پروفسور جیان پی همکاری می کند ، که به او این فرصت را داد تا به طور مستقل در پروژه تحقیقاتی خود کار کند.
“من خیلی دوست دارم تحقیق کنم زیرا شما هر روز یک فرضیه دارید ، شما یک طراحی دارید و این کار را انجام می دهید. این مانند بازی یک بازی ویدیویی است: شما این چرخه بازخورد تقریبی روزانه را دارید. بعضی اوقات پاداش است ، گاهی اوقات اینگونه نیست. من احساس می کنم جالب تر از کلاس گرفتن است ، بنابراین فکر می کنم این باعث شده است که تصمیم بگیرم که باید برای تحصیلات تکمیلی درخواست کنم. “
او به عنوان یک دانشجوی فارغ التحصیل در دانشگاه شیکاگو ، هنگام انجام چرخش در آزمایشگاه چوان او ، استاد شیمی ، به RNA علاقه مند است. وی اصلاحات شیمیایی را که بر عملکرد مولکول های RNA مسنجر که دستورالعمل ساخت پروتئین از DNA به ریبوزومها را که پروتئین ها مونتاژ می شوند ، تحت تأثیر قرار می دهد ، مطالعه کرد.
سرانجام وانگ به آزمایشگاه او پیوست ، جایی که او یک اصلاح کلی mRNA را که به عنوان M6A شناخته می شود ، بررسی می کند ، که تأثیر می گذارد که چگونه mRNA را به پروتئین ترجمه می کند و چقدر سریع آن را به سلول تجزیه می کند. همچنین شروع به بررسی چگونگی تأثیر اصلاحات mRNA بر رشد جنینی کرد. او به عنوان الگویی برای این مطالعات ، از گورخرافین ها استفاده می کند که دارای جنین های شفاف هستند که از تخم های بارور شده در شنا برای شنا رایگان در طی دو روز ایجاد می شوند. این علاقه مند به توسعه روشهایی است که می تواند با نشان دادن کل بدن ، انواع مختلفی از RNA را بیان کند.
او به زودی متوجه می شود که چنین رویکردی نیز می تواند برای مطالعه مغز مفید باشد. وی به عنوان یک پست در دانشگاه استنفورد ، با همکاری با پروفسور کارل دزروت ، روش های تصویر RNA را آغاز کرد. تکنیک های موجود برای شناسایی مولکول های mRNA وجود دارد ، که در سلولهای جداگانه بیان شده اند ، اما اینها اطلاعاتی در مورد اینکه دقیقاً در سلول ها انواع مختلفی از IRNA هستند ارائه نمی دهند. این تکنیک به نام starmap شروع به توسعه کرد که می تواند به این نوع “رونوشت های مکانی” برسد.
محققان با استفاده از این تکنیک ابتدا از فرمالدئید برای اتصال تمام مولکول های mRNA در محل استفاده می کنند. سپس پارچه با پروب های DNA فلورسنت شسته می شود که توسط توالی mRNA هدف تکمیل می شوند. سپس این پروب ها می توانند به تصویر کشیده و توالی شوند و محل هر دنباله mRNA را در قفس نشان می دهند. این اجازه می دهد تا تجسم مولکول های mRNA که هزاران ژن مختلف را در سلول های منفرد رمزگذاری می کنند.
وانگ می گوید: “من از تجربه خود در شیمی RNA برای توسعه این فناوری نقشه برداری RNA استفاده کردم که به شما امکان می دهد از پروفایل های بیان RNA برای تعریف انواع سلول های مغز و همچنین تجسم معماری مکانی آنها استفاده کنید.”
ردیابی چرخه زندگی RNA
اعضای آزمایشگاه وانگ در حال حاضر در تلاشند تا توانایی تکنیک Starmap را گسترش دهند تا از آن برای تجزیه و تحلیل عملکرد مغز و سیم کشی مغز استفاده شود. آنها همچنین ابزارهایی را ایجاد می کنند که به آنها امکان می دهد کل چرخه زندگی مولکول های mRNA را ترسیم کنند ، از سنتز گرفته تا ترجمه گرفته تا تخریب و پیگیری نحوه انتقال این مولکول ها به قفس در طول زندگی.
یکی از این ابزارها ، معروف به RIBOMAP ، مکان های مولکول های mRNA را تعیین می کند زیرا آنها به ریبوزومها ترجمه می شوند. ابزار دیگر به محققان این امکان را می دهد تا اندازه گیری سریع mRNA پس از رونویسی را اندازه گیری کنند.
وانگ می گوید: “ما در حال تلاش برای ایجاد یک ابزار ابزار هستیم که به ما امکان می دهد هر مرحله از چرخه زندگی RNA را در داخل سلول ها و بافت ها تجسم کنیم.” “اینها نسل بیشتری از ابزارهای توسعه یافته بر روی این موضوعات بیولوژیکی RNA هستند.”
یکی از این سؤالات اصلی این است که چگونه انواع مختلف سلول ها چرخه زندگی RNA خود را متفاوت کنترل می کنند و چگونه این امر بر تمایز آنها تأثیر می گذارد. تفاوت در کنترل RNA همچنین می تواند عاملی در بیماری هایی مانند آلزایمر باشد. در یک مطالعه 2023 ، وانگ و پروفسور MIT Morgan Shen از نسخه ای از Starmap استفاده کردند تا دریابند که چگونه سلولهایی به نام میکروگلییا التهابی تر می شوند زیرا پلاک های آمیلوئید در مغز شکل می گیرند. آزمایشگاه وانگ همچنین مطالعاتی در مورد چگونگی تفاوت در ترجمه mRNA می تواند بر اسکیزوفرنی و سایر اختلالات عصبی انجام دهد.
وی می گوید: “دلیل ما فکر می کنیم زیست شناسی بسیار جالبی وجود خواهد داشت که باید پیدا کنیم این است که تشکیل زنجیرهای عصبی از طریق سیناپس ها است و شکل گیری و آموزش و حافظه سیناپس با ترجمه RNA موضعی بسیار مرتبط است ، که شامل مراحل بسیاری از جمله حمل و نقل و بازیافت RNA است.”
علاوه بر مطالعه این موضوعات بیولوژیکی ، وانگ همچنین در راه هایی برای افزایش اثربخشی درمانی mRNA و واکسن ها ، تغییر اصلاحات شیمیایی یا ساختار توپولوژیکی آنها کار می کند.
وانگ می گوید: “هدف ما ایجاد استراتژی برای سنتز ابزارها و RNA است ، جایی که می توانیم اصلاح شیمیایی هر ذره RNA را به طور دقیق تنظیم کنیم.” “ما می خواهیم تعیین کنیم که چگونه این تغییرات تأثیر می گذارد که چگونه mRNA می تواند پروتئین تولید کند و در آن می توان از انواع سلول برای تولید پروتئین مؤثرتر استفاده کرد.”
