生物谷報(bào)道：研究人員研制出一種分子開關(guān),，能夠可逆控制哺乳動物基因的開啟和關(guān)閉，控制基因的表達(dá)水平,，將對生物學(xué)過程和疾病相關(guān)基因的研究的精確度提高到一個更高的水平。詳細(xì)內(nèi)容刊登于上周Cell,。
作者對這項(xiàng)研究“允諾了很多,，”明尼蘇達(dá)大學(xué)Perry Hackett（未參與研究）說,，“他們兌現(xiàn)了允諾。”
研究小組帶頭人,、波士頓大學(xué)James J. Collins說,，控制基因表達(dá)的三種傳統(tǒng)技術(shù)都有局限性。遺傳學(xué)技術(shù)使“敲除”變得不可逆,，因此研究基因在發(fā)育過程不同時間點(diǎn)的功能變得很困難,。利用小分子（如四環(huán)素）的方法不能完全阻斷靶蛋白的表達(dá)。RNA干擾（RNAi）,，利用小RNA阻斷mRNA功能的技術(shù),，只是部分阻斷表達(dá)，而且經(jīng)常阻斷與靶基因序列相似的基因的表達(dá),。
Collins與其同事采用一種合成生物學(xué)方法,，將這三種技術(shù)的主要元件整合為一個基因調(diào)控系統(tǒng)。盡管這三種方法單獨(dú)使用時,，只能部分阻斷基因的表達(dá),，但整合后會將表達(dá)降低到可忽略不計(jì)的水平。
當(dāng)此開關(guān)關(guān)閉,，系統(tǒng)表達(dá)一種抑制蛋白,，將靶基因維持在關(guān)閉狀態(tài)。小發(fā)卡RNA（short hairpin RNA ,，shRNA）提供了第二道關(guān)卡,，阻斷漏網(wǎng)之“靶基因”。
開關(guān)能夠被一個小的化學(xué)誘導(dǎo)物打開,。誘導(dǎo)物會關(guān)閉抑制蛋白的表達(dá),，打開另一種阻斷shRNA基因的抑制蛋白。兩道關(guān)卡都被打開后,，目的基因得以表達(dá),，mRNA得以翻譯。完全開啟或者關(guān)閉的整個過程需要三天時間,，但某些效果在幾小時內(nèi)便“顯而易見”,。
“想象一下用我們這種開關(guān)控制一個在發(fā)育晚期表達(dá)的目的基因，”Collins說,，“你會希望能夠在發(fā)育的關(guān)鍵階段將其關(guān)閉,，在另一階段將其打開。現(xiàn)有技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)將其完全關(guān)閉,，除非將此基因徹底敲除,。”
他們利用幾種實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的細(xì)胞系，在幾種基因上檢測這種系統(tǒng),。在以表達(dá)白喉毒素(Diphtheria toxin,DT)A片段(DTA)的細(xì)菌基因?yàn)榘谢虻臋z測中,，DTA的表達(dá)受到緊密調(diào)控：一個DTA分子足以殺死細(xì)胞,，但胞內(nèi)無DTA的細(xì)胞卻不受任何影響。
Hackett注意到,，此開關(guān)的關(guān)鍵優(yōu)勢在于,，能夠通過定量控制誘導(dǎo)物分子的表達(dá)而精確控制靶基因的表達(dá)水平，而且是可逆性控制,。
由于其模塊性質(zhì),，此開關(guān)能夠?qū)θ魏文康幕蜻M(jìn)行控制。Collins說,。“比如,，我們能夠用組織特異的啟動子研制新的動物模型，”他還認(rèn)為這種系統(tǒng)能夠被實(shí)驗(yàn)室以外的研究采用,，可能為遞送基因試劑提供一種自動防故障途徑,。
原始出處:
Cell, Vol 130, 363-372, 27 July 2007
Resource
A Tunable Genetic Switch Based on RNAi and Repressor Proteins for Regulating Gene Expression in Mammalian Cells
Tara L. Deans,1 Charles R. Cantor,1 and James J. Collins1,
1 Department of Biomedical Engineering, Center for BioDynamics and Center for Advanced Biotechnology, Boston University, Boston, MA 02215, USA
Corresponding author
James J. Collins
[email protected]
Here, we introduce an engineered, tunable genetic switch that couples repressor proteins and an RNAi target design to effectively turn any gene off. We used the switch to regulate the expression of EGFP in mouse and human cells and found that it offers >99% repression as well as the ability to tune gene expression. To demonstrate the system's modularity and level of gene silencing, we used the switch to tightly regulate the expression of diphtheria toxin and Cre recombinase, respectively. We also used the switch to tune the expression of a proapoptotic gene and show that a threshold expression level is required to induce apoptosis. This work establishes a system for tight, tunable control of mammalian gene expression that can be used to explore the functional role of various genes as well as to determine whether a phenotype is the result of a threshold response to changes in gene expression.
