使用光調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄

穆斯塔法Khammash領(lǐng)導的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新方法,它使用藍光控制DNA的轉(zhuǎn)錄成RNA在單個細胞。這項技術(shù)也可以用于組織工程和干細胞研究。

轉(zhuǎn)錄是一項基本生物過程的基因復制的RNA分子。這涉及到蛋白質(zhì),包括轉(zhuǎn)錄因子和稱為rna聚合酶的分子機器。

轉(zhuǎn)錄因子的轉(zhuǎn)錄過程開始,必須首先連接到一個特定的DNA的一部分。這觸發(fā)各種流程,導致DNA的RNA聚合酶的對接。這種蛋白質(zhì)復雜然后螺旋分解雙螺旋為了閱讀的順序基因并將其復制到一個RNA分子。所謂的信使RNA是一種便攜式拷貝基因功能的蛋白質(zhì)合成的模板。

盡管被許多分子玩家強烈的監(jiān)管,轉(zhuǎn)錄輸出常常表現(xiàn)出高水平的細胞之間的差異。這變化的結(jié)果部分是由于這一事實轉(zhuǎn)錄是基于分子的隨機遭遇,如轉(zhuǎn)錄因子和特定的DNA序列。特定基因的轉(zhuǎn)錄可以因此在每一個細胞進行不同;它開始更快一些,而不是在別人。實現(xiàn)更好的理解這種可變性的來源和獲得更大的轉(zhuǎn)錄過程的控制是一個重要的研究目標。

教授領(lǐng)導的研究小組Mustafa Khammash控制理論和系統(tǒng)生物學的生物系統(tǒng)和工程在巴塞爾,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種新方法來控制轉(zhuǎn)錄啟動時,和規(guī)范的RNA分子形成使用optogenetic平臺,ETH的研究人員最近在《分子細胞。這使細胞之間的差異減少,并允許轉(zhuǎn)錄動力學的新見解。

個人反饋,個人監(jiān)管

平臺允許研究人員與藍光照射單酵母細胞進行不同時間和強度。通過外源基因的引入,這些細胞已經(jīng)被轉(zhuǎn)基因應(yīng)對這種顏色的光通過激活轉(zhuǎn)錄因子,從而促進特定基因的轉(zhuǎn)錄。這個基因的轉(zhuǎn)錄,信使rna,與熒光蛋白標記,結(jié)果在明亮的熒光斑點積極轉(zhuǎn)錄時發(fā)生。

這些點可以使用熒光顯微鏡成像和評估。研究人員與該系統(tǒng)計算機,計算有多少RNA分子轉(zhuǎn)錄在給定時間和決定每個細胞的光量,應(yīng)當接受接下來,為了調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄所需的或指定。

轉(zhuǎn)錄動力的新見解

“謝謝這個設(shè)置,我們能夠表明,轉(zhuǎn)錄的激活和解除激活發(fā)生很快,“乙Khammash教授說。他的團隊進一步證實轉(zhuǎn)錄發(fā)生破裂,其持續(xù)時間和時機是通過控制調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的活動。多虧了他們的反饋機制,研究人員也能夠減少轉(zhuǎn)錄輸出不同細胞之間的差異。

作為測試(和生物系統(tǒng)的10歲生日慶祝部門去年),研究人員預計10號到酵母細胞使用藍光。光,照亮細胞的轉(zhuǎn)錄開始導致明亮的熒光斑點的形成在所需的位置。

動態(tài)信號減少可變性

描述的控制方法有一個限制:它只能在顯微鏡下使用,但不是在試管或生物反應(yīng)器,它需要控制生物技術(shù)過程。

為了克服這個限制,研究人員轉(zhuǎn)向動態(tài)信號。控制基因活性的傳統(tǒng)方法相比,使用光允許使用復雜的控制,細胞動態(tài)信號。通過比較不同類型的信號,研究人員在一項研究發(fā)表在《自然通訊,單個細胞的反應(yīng)與脈動的信號精度高于常量信號。現(xiàn)在可以更好地控制大量的細胞在一個簡單的方法。此外,變異的結(jié)果暗示一個可能的策略可能的監(jiān)管自然細胞群。

Khammash高興的是項目成功。他和他的同事們最初開始這項研究純粹的好奇心,沒有任何特定的應(yīng)用程序。“我們想要的,最重要的是,發(fā)現(xiàn)如果我們能控制轉(zhuǎn)錄過程的隨機元素,”他說。“這是一個真正的技術(shù)挑戰(zhàn)。”

他現(xiàn)在認為,平臺可以為后續(xù)研究金礦。他說,可能有很多不同的應(yīng)用程序,尤其是在研究,控制轉(zhuǎn)錄是很重要的。作為一個例子,可以開發(fā)原型的基因網(wǎng)絡(luò)伴隨著速度的增加,細胞間通訊控制外部和將不再是依賴于信號分子。“這個平臺也可以成為組織工程和干細胞研究的一個重要工具。”研究人員將仔細看看這些應(yīng)用程序的平臺在未來幾年內(nèi),并已經(jīng)獲得了資金從歐盟場效應(yīng)晶體管打開程序。

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