波士顿大学的工程师们设计了变光开关在哺乳动物细胞中调节基因的表达

三个波士顿大学生物医学工程师已经创建了一个遗传变光开关,可用于打开、关闭,或部分激活基因的功能。教授詹姆斯•柯林斯教授Charles Cantor和博士生塔拉院长发明了开关,可调,生产数量大或小的蛋白质,或根本没有。

研究详细描述他们的新开关”,一个可调调控基因开关基于RNAi和阻遏蛋白在哺乳动物细胞的基因表达,”出现在7月27日的问题细胞。

这个开关可以帮助推进合成生物学领域,基于这一前提,复杂的生物系统可以由安排组件或标准件,电工将建立一个电灯开关。很多工作在该领域迄今为止使用细菌或酵母,但波士顿大学团队使用更复杂的哺乳动物细胞,从仓鼠和老鼠。开关有几个新的设计特性,可能的应用扩展到从基础研究到基因治疗领域。

“有许多技术可用来调节基因的表达,但他们中的每一个都有局限性,”柯林斯说。”的一个核心问题是你不可能让一个真正紧密关闭状态。”

即使基因开关关闭,涓涓细流的蛋白质是压抑仍然会。一些基因开关绕过这个完全停止生产的剪下一个基因的一个特定的蛋白质,但是这种方法是不可逆转的。

为了克服这些挑战,”塔拉想出了一个设计,真正结合两种不同的技术来压制或关闭基因的表达,”柯林斯说。“我们说,好吧,我们有这两种技术,都给一个很好的','为什么不尝试结合在一起有非常明确和强烈,”柯林斯说。

第一个策略,阻遏蛋白,位于DNA像一个路障,防止基因产物——信使核糖核酸(mRNA)——从。如果任何mRNA过去这阻遏,第二个技术,RNA干扰(RNAi)连接到功能mRNA,呈现它无用。细胞不能转化成蛋白质。

“我很高兴地看到,当两个系统耦合,可以完全关闭一个基因的功能,”院长说。

这个开关也是可逆和可调。通过添加化学- Isopropyl-ß-thiogalactopyranoside阻遏组件都被封锁了,基因再次打开。基因的活动可以调整向上或向下调整这种化学物质的数量。

研究人员展示了他们的“关闭”开关连接的强度白喉毒素的基因,然后将它插入细胞。一个分子的白喉毒素可以杀死细胞,但随着基因开关关闭,细胞存活数周。当研究者翻转开关,毒素生产触发和细胞死亡。

他们还展示了开关的微妙调整基因表达能力,通过安装在基因,导致细胞凋亡,细胞程序性死亡,一旦某个阈值浓度的基因的产品。他们逐渐增加基因的活动,直到他们遇到和通过这道门槛。

这个调优功能是很重要的,院长说,因为“很多疾病并不是一个基因缺失的结果,而是由于过多或过少的表情。能够调节基因表达水平在我们的开关,我们可以探索阈值响应和如何将这些导致疾病表型。”

治疗应用开关也可能持有的承诺。“它给了一个很好的监管机构计划对于细胞和基因治疗,”柯林斯说。“我认为在未来几十年里我们将越来越多地看到这些治疗方法被引入作为日常医疗实践的一部分。”