研究者针对帕金森症,亨廷顿的使用合成基因电路注入细胞信号
合成基因电路由赖斯大学的研究人员正在帮助他们看到,第一次,如何监管细胞机制,降低错误折叠蛋白质与帕金森氏症,亨廷顿氏舞蹈症和其他疾病。
大米实验室化学和生物分子工程劳拉Segatori设计了一个复杂的电路,信号增加蛋白质的降解细胞泛素蛋白酶体系统(UPS)。
这项研究刊登在今天在线沟通。
各种基本的UPS是至关重要的细胞过程,包括细胞周期、DNA修复、免疫反应、细胞死亡和错误折叠的退化和破坏蛋白质。它有几个组件:泛素分子标记为退化和错误折叠的蛋白质水解酶,闩上标记的蛋白质和将它们分解为无害的肽。
当有水解酶在细胞太少,或者他们不正常工作,错误折叠的蛋白质仍漂浮在细胞质可以聚合。这些聚合物可以形成斑块,经常出现在人们的大脑与神经退行性疾病。
水稻团队添加到细胞的基因电路称为退化——简称“Deg-On”。这些电路产生绿色荧光信号与UPS退化和允许研究人员监控蛋白酶体活动。
“整体的目标是开发一种技术筛选分子将增强或激活退化,“Segatori说,大米的化学和生物分子工程学助理教授T.N.定律和生物化学和细胞生物学助理教授。
“蛋白酶体本质上是一个大桶,展开和排骨错误折叠的蛋白质。我们知道如何抑制退化,但是我们要找到方法来激活它,因为我们认为这将有助于防止错误折叠蛋白质的积累和聚合,这与许多人类疾病的发展。”
Deg-On电路夫妇的蛋白酶体降解工程四环素阻遏容易检测荧光信号。四环素阻遏是工程作为UPS衬底;它模仿了错误折叠的蛋白质。
通常,增强降解会抑制输出信号,但这种基因电路可以增强降解与产出的增加。这些工程阻遏仍然可以由抗生素四环素、甚至允许校准系统的检测激活UPS的破坏控制在最小范围内。额外的合成电路提供了一个反馈回路,使阻遏这样添加的self-amplification四环素进一步增强了信号。
水稻团队进行了广泛的计算机建模之前Deg-On提高其灵敏度和动态范围的构建和测试系统lab-standard海拉细胞。团队包括研究生和作者文婷赵,本科克莱尔McWhite和大米校友马修·Bonem与乔纳森·西尔伯格合作,生物化学和细胞生物学副教授大米。
“我们想出的想法有一个反馈循环,这是一个自活化循环四环素抑制因子,在第二个电路(一个增强的Deg-On),”赵说。UPS活动“我们发现一个小增加引起了一场小减少TetR阻遏蛋白质。因为TetR激活自己的表达增强Deg-On,荧光输出信号放大,电路灵敏度和动态范围。”
“文婷的工作是仪器在预测电路架构的变化,会导致增强敏感性,”Segatori说。
实验室的直接目标是创建化验的快速检测小分子或基因可以提高蛋白酶体活动,她说。“这将有助于我们合理设计化合物或策略不仅可以提高降解错误折叠的研究和治疗疾病,还因为各种各样的其他应用程序。
“错误折叠和聚集在生物工程和生物技术领域的主要挑战。他们是高收益的瓶颈重组蛋白的生产,例如,在细胞工程启动感兴趣的蛋白质的表达,”Segatori说。
美国国家科学基金会,韦尔奇基金会和Sid w·理查森基金会,通过水稻研究所生物科学和生物工程医学创新奖项格兰特,支持研究。
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出版
文婷赵马修·Bonem克莱尔·McWhite乔纳森·j·西尔伯格劳拉Segatori。敏感的检测蛋白酶体激活使用Deg-On哺乳动物合成基因电路。自然通讯,2014年4月8日在线发表。doi: 10.1038 / ncomms4612
