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.
