Новая система позволяет точно регулировать экспрессию синтетических генов

Инженеры MIT разработали систему DIAL, которая позволяет устанавливать и редактировать желаемый уровень экспрессии для синтетических генов после их доставки в клетки.

Проблема контроля экспрессии

Синтетические генные цепи, доставляемые в клетки, часто производят белок в неконтролируемых количествах из-за:

  • Разного числа копий цепи в клетках
  • Естественной вариабельности клеток

Это затрудняет такие задачи, как перепрограммирование клеток, где требуется стабильный уровень транскрипционных факторов.

Принцип работы системы DIAL

Исследователи обнаружили, что расстояние между промотором и геном влияет на уровень экспрессии:

  • Длинный спейсер (расстояние) → низкая экспрессия (транскрипционные факторы хуже активируют ген)
  • Короткий спейсер → высокая экспрессия

В спейсер встроены сайты для фермента Cre рекомбиназы. При добавлении рекомбиназы части спейсера вырезаются, расстояние сокращается, и экспрессия гена увеличивается.

Система позволяет создавать несколько сайтов для разных рекомбиназ, устанавливая уровни экспрессии: "высокий", "средний", "низкий" и "выкл".

Демонстрация возможностей

В экспериментах на клетках мышей и человека система показала:

  • Стабильный и равномерный контроль экспрессии в популяции клеток
  • Возможность редактировать уровень экспрессии в любое время после доставки гена

В одном из применений исследователи доставили ген HRasG12V (способствующий превращению фибробластов в нейроны) в эмбриональные фибробласты мыши. Клетки с более высокой дозой гена успешнее превращались в нейроны.

Перспективы применения

  • Систематическое изучение влияния уровня транскрипционных факторов на перепрограммирование клеток
  • Комбинация с системой ComMAND (ранее разработанной той же группой) для предотвращения сверхэкспрессии терапевтических генов
  • Персонализированная генная терапия с возможностью подбора специфичного уровня белка для конкретного пациента или типа клеток

"Это очень стабильный и многофункциональный инструмент. Инструмент модульный, поэтому с помощью этой системы можно контролировать множество трансгенов", — говорит Кэти Гэллоуэй, старший автор исследования.

Исследование опубликовано в журнале Nature Biotechnology. Ведущий автор — аспирант MIT Снеха Кабария.