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科學(xué)家成功研發(fā)新一代光遺傳學(xué)工具

所屬分類(lèi):時(shí)事聚焦    發(fā)布時(shí)間: 2021-10-11    作者:西安橡膠制品
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近日,華東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員葉海峰團隊研發(fā)了一種模塊小、靈敏度高、可逆性良好的新一代光遺傳學(xué)工具,為基礎醫學(xué)和轉化醫學(xué)研究,尤其是精準可控的基因治療和細胞治療提供了強有力的新型控制系統。相關(guān)研究成果近日在線(xiàn)發(fā)表于《自然—生物技術(shù)》。

利用一束光治療疾病不再是神話(huà)故事和科幻小說(shuō)中才會(huì )出現的情節,光遺傳學(xué)的出現,讓這個(gè)不可思議的治療手段成為可能。近年來(lái),科學(xué)家通過(guò)對光敏蛋白的挖掘和設計,構建了一系列光遺傳學(xué)工具,并將其應用于腫瘤及代謝疾病等治療領(lǐng)域。雖然光遺傳學(xué)工具蓬勃發(fā)展,但是要真正實(shí)現利用一束光治療疾病仍然需要克服許多困難。

葉海峰課題組將目光放在了擬南芥的光敏蛋白PhyA上,在紅光照射下,該蛋白能和其伴侶蛋白FHY1形成二聚體,并在遠紅光照射下解離。根據這一特點(diǎn),研究人員構建了基于PhyA-FHY1的轉錄激活系統。研究人員將PhyA與GAL4的DNA結合域融合表達,將FHY1和轉錄激活因子VP64融合表達。紅光刺激下,PhyA-GAL4和FHY1-VP64結合形成復合體并招募RNA聚合酶,從而啟動(dòng)下游基因的表達。

起初,使用完整的PhyA并不能激活下游基因的表達。為此,研究人員對其進(jìn)行了工程改造,構建了截短版本的ΔPhyA,并通過(guò)激活子和伴侶蛋白的優(yōu)化,.終得到了一個(gè)模塊小且高度靈敏響應紅光的光遺傳學(xué)工具,并將其命名為REDMAP。

研究人員將ΔPhyA定位到細胞膜上,將FHY1和SOS蛋白的激活域SOScat進(jìn)行融合表達,通過(guò)紅光照射來(lái)控制SOScat的細胞定位,從而實(shí)現了Ras/MAPK信號通路的激活和去激活,成功構建了REDMAPSOS-Ras工具。此外,研究人員還構建了REDMAPCas工具,將REDMAP系統與基因編輯工具CRISPR-dCas9結合在一起,實(shí)現了對哺乳動(dòng)物細胞、小鼠肝臟及肌肉內源基因轉錄的高效調控。

同時(shí),研究人員探究了REDMAP系統在基因治療領(lǐng)域的能力。由于截短的ΔPhyA蛋白具有較小的尺寸,可以利用腺相關(guān)病毒包裝。因此,研究人員將REDMAP包裝至腺相關(guān)病毒中并將其注射至小鼠體內,實(shí)現了長(cháng)達3個(gè)月以上的光控基因表達。

治療蛋白的精準控制對疾病的治療具有重要意義。研究人員將裝載REDMAP系統的工程化細胞移植至小鼠、大鼠和兔的皮下,探究其光響應能力。結果顯示,短時(shí)間的光照(1~5分鐘)即可誘導報告基因的高效表達。同時(shí),研究人員還通過(guò)光來(lái)精準控制小鼠和大鼠體內胰島素的表達,成功實(shí)現了對糖尿病小鼠和大鼠血糖穩態(tài)的控制。無(wú)需每天定時(shí)服用藥物或注射胰島素,只需要每天光照幾分鐘即可達到顯著(zhù)降血糖的效果,這充分表明REDMAP系統在精準可控的細胞治療領(lǐng)域具有極高的應用潛能。(黃辛)

(——文章轉自光明網(wǎng),如有侵權請聯(lián)系西安橡膠制品價(jià)格的小編刪除)

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