我國(guó)科學(xué)家開發(fā)精準(zhǔn)可控的哺乳動(dòng)物細(xì)胞基因表達(dá)系統(tǒng)

日期： 2023年04月13日　10:14 來源：科技部生物中心  

哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，精確調(diào)控基因線路對(duì)于細(xì)胞適應(yīng)環(huán)境、穩(wěn)態(tài)維持和發(fā)育分化等生理功能至關(guān)重要。關(guān)鍵基因表達(dá)過量或不足都可能導(dǎo)致癌癥等疾病，而多個(gè)細(xì)胞命運(yùn)決定因子的表達(dá)劑量也是重塑細(xì)胞命運(yùn)分化和發(fā)育的關(guān)鍵因素。但在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，基因表達(dá)受到基因順序、基因組位置等多種復(fù)雜因素的影響，使得精確控制基因表達(dá)劑量變得非常困難。因此，亟需開發(fā)模塊化、不受細(xì)胞類型影響且可編程的基因表達(dá)系統(tǒng)。

近期，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院合成生物學(xué)研究所和北京大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種模塊化、獨(dú)立于宿主的正交型轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)由正交型啟動(dòng)子庫和單體RNA聚合酶（RNA polymerase，RNAP）組成，通過將RNA加帽酶與單體RNAP融合，可確保原核來源的單體RNAP在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中按照“跨域”方式實(shí)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾、出核和翻譯等真核系統(tǒng)蛋白質(zhì)表達(dá)的必需步驟。該研究還建立了基于胞內(nèi)資源競(jìng)爭(zhēng)和結(jié)合能的定量熱力學(xué)理論模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞中多個(gè)基因表達(dá)劑量的精確設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《Nature Communications》雜志上，題為“Precise programming of multigene expression stoichiometry in mammalian cells by a modular and programmable transcriptional system”。

綜上，該研究通過在哺乳動(dòng)物構(gòu)建人工正交轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)和多個(gè)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性的精準(zhǔn)微調(diào)，構(gòu)建了具有預(yù)測(cè)能力的多基因表達(dá)量的定量熱力學(xué)模型。該定量模型已應(yīng)用于甲型流感病毒（H1N1）病毒樣顆粒組分與產(chǎn)量的優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)也為多種蛋白質(zhì)表達(dá)的劑量依賴性控制提供了一個(gè)平臺(tái)，可應(yīng)用于先進(jìn)的疫苗工程和其他治療應(yīng)用。

注：此研究成果摘自《Nature Communications》雜志，文章內(nèi)容不代表本網(wǎng)站觀點(diǎn)和立場(chǎng)，僅供參考。