纳米级平台旨在控制蛋白质水平

根据莱斯大学的科学家的说法,首次在骆驼中发现的纳米级抗体与蛋白质降解分子相结合,是控制细胞内蛋白质水平的有效新平台。该技术可以帮助基础研究细胞动力学以及合成基因电路的设计。

莱斯化学和生物分子工程师Laura Segatori,前研究生Wenting Zhao和前本科生Lara Pferdehirt发明了一种双功能识别系统,他们称之为NanoDeg。它允许它们靶向细胞中的特定蛋白质并严格控制它们的降解。

Segatori表示,即插即用系统将允许合成生物学家通过评估蛋白质表达水平如何影响细胞生命来研究细胞环境中特定蛋白质的功能。

该研究发表在美国化学学会期刊ACS Synthetic Biology上。

NanoDeg加速蛋白质水解 - 蛋白质的酶促分解 - 以控制翻译后靶蛋白的水平。

一种功能来自骆驼科动物的单链抗体,可以定制以靶向特定蛋白质。当在骆驼(以及后来的鲨鱼)中发现抗体时,研究人员很快发现了它们的独特性质,包括它们的小尺寸,高溶解度以及识别隐藏或处于中间状态的目标的能力。它们比人类和大多数其他生物中天然存在的抗体小得多,但可以在细菌和其他细胞中容易地制造和修饰。

另一个功能依赖于degrons,蛋白质中的短序列,负责调节蛋白质降解的速率。这些也可以定制,以将目标蛋白质的消耗调节到所需水平。

Segatori表示,当它们作为NanoDegs结合使用时,它们将成为调节细胞蛋白质水平的强大通用平台。

“从本质上讲,它可以让我们控制细胞中特定量的蛋白质,”她说。“我们可以定制它以靶向细胞中的任何蛋白质,一旦脱胶标记的纳米抗体与该伴侣结合,整个复合物就会降解。

“这个系统的优势在于它可以在蛋白质水平上进行表达,”Segatori说。“通常情况下,当人们想要调节细胞中蛋白质的数量时,它们会作用于DNA或RNA - 遗传水平。但是通过在蛋白质水平上起作用,我们可以针对不同的调节后修饰,以及更多重要的是,我们对蛋白质消耗的速度和程度有了更多的控制。“

作为原理的证明,研究人员设计了一种合成基因电路,表达绿色荧光蛋白(GFP),研究人员用它来报告细胞过程,以及一个针对它的NanoDeg。“我们使用GFP是因为它是常用的报告基因,荧光很容易测量,”Segatori说。“当纳米抗体识别GFP时,整个复合物被用于降解。”

对于那些想要了解细胞中蛋白质活性的更清晰信息的人来说,这也是有用的。

“假设你设计了一种基因回路,其中GFP表达在细胞受到压力时被激活,例如营养饥饿或热量,”Segatori说。“当细胞暴露于刺激物时,GFP被表达,你可以检测到细胞荧光的增加。

“但是当你拿走刺激时,信号的衰减并不一定反映刺激的衰退;它反映了GFP记者的稳定性,”她说。“我们所做的是创建一个基因环路,其中GFP表达在刺激下被激活,但当关闭刺激时,NanoDeg会非常迅速地降解GFP。这会增加合成基因回路的灵敏度和动态分辨率。”