微调细胞蛋白质产量的新方法
利用基于CRISPR蛋白质的方法，麻省理工学院的研究人员开发了一种精确控制哺乳动物细胞中产生的特定蛋白质数量的新方法。
这项技术可以用来微调有用蛋白质的生产，如用于治疗癌症和其他疾病的单克隆抗体，或细胞行为的其他方面。他们的新研究发表在自然通讯，研究人员表明，该系统可以在多种哺乳动物细胞中工作，结果非常一致。
“这是一个高度可预测的系统，我们可以预先设计，然后得到预期的结果，”麻省理工学院前研究科学家威廉·C.W.陈(William C.W. Chen)说。“这是一个非常可调的系统，适用于不同细胞类型的许多不同生物医学应用。”
陈现在是南达科他州大学生物医学科学的助理教授，是该研究的主要作者之一新的研究他和前麻省理工学院研究科学家Leonid Gaidukov和博士后Yong Lai一起。资深作者Timothy Lu领导了这项研究，他是麻省理工学院生物工程、电子工程和计算机科学副教授。
基因控制
许多治疗性蛋白质，包括单克隆抗体，是在含有哺乳动物细胞的大型生物反应器中生产的，这些细胞经过工程改造，可以产生所需的蛋白质。几年前，麻省理工学院合成生物学中心(包括Lu的实验室)的研究人员开始与辉瑞公司合作，开发可用于促进这些有用蛋白质生产的合成生物学工具。
为此，研究人员瞄准了他们想要上调的基因的启动子。在所有哺乳动物细胞中，基因都有一个与转录因子结合的启动子区域，转录因子是启动基因转录成信使RNA的蛋白质。
在之前的工作中，科学家设计了合成转录因子，包括锌指蛋白质，以帮助激活靶基因。然而，锌指和大多数其他类型的合成转录因子必须针对它们所靶向的每个基因重新设计，这使得它们的开发具有挑战性和耗时。
2013年，Lu实验室的研究人员开发了一种基于crispr的转录因子，使他们能够更容易地进行转录控制转录哺乳动物和酵母细胞中自然存在的基因。在这项新研究中，研究人员开始在这项工作的基础上创建一个合成生物部件的文库，使他们能够传递转基因(一种通常不由细胞表达的基因)，并精确控制其表达。
Chen说:“我们的想法是有一个全谱合成启动子系统，可以从非常低到非常高，以适应不同的细胞应用。”
研究人员设计的系统包括几个组件。一种是要转录的基因，以及由一系列人工转录因子结合位点组成的“操作员”序列。另一种成分是与这些操作符序列结合的引导RNA。最后，该系统还包括一个附着在失活Cas9蛋白上的转录激活域。当这个失活的Cas9蛋白在合成启动子位点与引导RNA结合时，基于crispr的转录因子可以开启基因表达。
用于该合成系统的启动子位点被设计成与自然发生的启动子位点不同，因此该系统不会影响细胞自身基因组中的基因。每个操作符包含2到16个引导RNA结合位点的拷贝，研究人员发现他们的系统可以以与结合位点数量线性对应的速率启动基因转录，使他们能够精确控制蛋白质的产生量。
高一致性
研究人员在几种类型的哺乳动物细胞中测试了他们的系统，包括中国仓鼠卵巢(CHO)细胞，这种细胞通常用于工业生物反应器中生产治疗性蛋白质。他们在CHO细胞和他们测试的其他细胞中发现了非常相似的结果，包括小鼠和大鼠成肌细胞(肌肉细胞的前体)、人类胚胎肾细胞和人类诱导多能干细胞。
Chen说:“该系统在不同的细胞类型和不同的靶基因上具有非常高的一致性。”“这是考虑用高度可调、可预测的人工系统调节基因表达和细胞行为的一个很好的起点。”
在首次证明他们可以使用新系统诱导细胞产生预期数量的荧光蛋白后，研究人员表明他们也可以使用它来编程产生一种被称为JUG444的单克隆抗体的两个主要片段。
研究人员还对CHO细胞进行了编程，使其产生不同数量的一种名为抗pd1的人类抗体。当人类T细胞接触到这些细胞时，如果产生大量的抗体，它们就会成为更有效的肿瘤细胞杀手。
他们说，尽管研究人员能够获得所需抗体的高产量，但将这一系统纳入工业过程还需要进一步的工作。与工业生物反应器中使用的细胞不同，本研究中使用的细胞是在平面上生长的，而不是在液体悬浮液中。
“这是一个有望用于工业应用的系统，但首先我们必须将其应用到悬浮细胞中，看看它们是否以同样的方式制造蛋白质。我怀疑它应该是一样的，因为没有理由不应该，但我们仍然需要测试它，”陈说。
参考:陈文武，李志强，李志强，等。哺乳动物细胞中可编程基因表达的合成转录平台。Nat审稿。2022; 13(1): 6167。doi:10.1038 / s41467 - 022 - 33287 - 9．
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