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        使用光調節(jié)基因轉錄
        
			
        
				2019-03-16 09:40:18
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			  來源：
			
        
		
        
				
		
        
			
        由Mustafa Khammash領導的研究人員開發(fā)了一種新方法，該方法使用藍光控制單個細胞中DNA轉錄為RNA。該技術還可用于組織工程和干細胞研究。轉錄是一種基因生物學過程，其中基因被復制到RNA分子。這涉及蛋白質，包括轉錄因子和稱為RNA聚合酶的分子機器。
        

        使用光調節(jié)基因轉錄
        

        為了開始轉錄過程，轉錄因子必須首先附著到DNA的特定部分。這觸發(fā)了導致RNA聚合酶與DNA對接的各種過程。然后該蛋白質復合物解開雙螺旋，以便讀取基因的序列并將其復制到RNA分子中。所謂的信使RNA是該基因的可運輸拷貝，其作為蛋白質合成的模板。
        

        盡管受到許多分子參與者的強烈調控，轉錄輸出通常在細胞之間表現(xiàn)出高水平的變異性。這種可變性部分地源于這樣的事實：轉錄基于分子的隨機相遇，例如轉錄因子和特定的DNA序列。因此，特定基因的轉錄可以在每個細胞中不同地進行; 它在某些情況下開始得更快，在其他情況下則根本沒有。更好地理解這種變異的來源并獲得對轉錄過程的更大控制是一個重要的研究目標。
        

        由巴塞爾生物系統(tǒng)和工程系控制理論和系統(tǒng)生物學教授Mustafa Khammash領導的研究小組現(xiàn)在已經(jīng)找到了一種控制何時啟動轉錄的新方法，并使用光遺傳平臺調節(jié)形成的RNA分子的數(shù)量這是ETH研究人員最近在“ 分子細胞 ”雜志上發(fā)表的文章。這使得細胞之間的可變性得以減少，并允許對轉錄動力學的新見解。
        

        個人反饋，個人監(jiān)管
        

        該平臺允許研究人員用藍光照射單個酵母細胞，持續(xù)時間和強度不同。通過引入外源基因，這些細胞已經(jīng)過基因工程改造，通過激活轉錄因子從而促進特定基因的轉錄，從而對這種顏色的光作出反應。該基因的轉錄物即信使RNA用熒光蛋白標記，當轉錄正在發(fā)生時，其產(chǎn)生明亮的熒光點。
        

        可以使用熒光顯微鏡對這些斑點進行成像和評估。研究人員將這個系統(tǒng)與計算機聯(lián)系起來，計算機計算在給定時間內轉錄的RNA分子數(shù)量，并確定每個細胞接下來應接收的光量，以便根據(jù)需要或指定方式調節(jié)其轉錄。
        

        關于轉錄動力學的新見解
        

        “由于這種設置，我們能夠證明轉錄激活和失活很快發(fā)生，”ETH教授Khammash說。他的團隊進一步確定轉錄發(fā)生在突發(fā)中，其持續(xù)時間和時間由轉錄因子活動調節(jié)。由于他們的反饋機制，研究人員還能夠減少不同細胞之間轉錄輸出的差異。
        

        作為一項測試(為慶祝生物系統(tǒng)部去年10周年)，研究人員使用藍光將數(shù)字10投射到酵母細胞上。響應于光，在被照射的細胞中開始轉錄，這導致在所需位置形成明亮的熒光斑點。
        

        動態(tài)信號可降低可變性
        

        所描述的控制方法具有局限性：它只能在顯微鏡下使用，而不能在試管或生物反應器中使用，在那里需要控制生物技術過程。
        

        為克服這一局限，研究人員轉向動態(tài)信號。與控制基因活性的常規(guī)方法相反，光的使用允許使用復雜的動態(tài)信號控制細胞。通過比較不同類型的信號，研究人員在Nature Communications發(fā)表的一項研究中觀察到，單個細胞對脈動信號的反應精度高于恒定信號。現(xiàn)在，這可以以更簡單的方式更好地控制大量細胞。此外，結果暗示了一種可能的策略，通過該策略可以在自然細胞群體中調節(jié)變異性。
        

        Khammash很高興這些項目取得了成功。他和他的同事最初是出于純粹的好奇心而開始這項研究，沒有任何具體的應用。“最重要的是，我們想知道我們是否可以控制轉錄過程的隨機元素，”他說。“這是一項真正的技術挑戰(zhàn)。”
        

        他現(xiàn)在認為他的平臺可能是后續(xù)研究的金礦。他說，可能存在許多不同的應用，特別是在控制轉錄很重要的研究中。例如，遺傳網(wǎng)絡的原型可以以更快的速度開發(fā)，因為細胞間通信可以在外部進行控制，并且不再依賴于信號分子。“該平臺也可以成為組織工程和干細胞研究的重要工具。” 研究人員將在未來幾年內仔細研究其平臺的這些應用，并已獲得歐盟FET開放計劃的資金支持。
        
			

			
          
        
			
        
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