康斯坦茨大學(xué)的兩名研究人員首次使用基于RNA的誘導(dǎo)系統(tǒng)來切換蛔蟲秀麗隱桿線蟲(秀麗隱桿線蟲)中的基因，從而縮小了遺傳開關(guān)的顯著差距。新方法是作為康斯坦茨大學(xué)Martin Gamerdinger博士(生物系)和JörgHartig教授(化學(xué)系)開展的聯(lián)合研究項(xiàng)目的一部分而開發(fā)的。通過分享他們各自在秀麗隱桿線蟲領(lǐng)域的專業(yè)知識和基于RNA的遺傳開關(guān)的發(fā)展，研究人員使用基于RNA的遺傳開關(guān)成功地在動(dòng)物模型中誘導(dǎo)了一個(gè)基因。他們進(jìn)一步能夠?yàn)楹嗤㈩D病建立一種新的誘導(dǎo)型疾病模型，為研究和應(yīng)用開辟了新的機(jī)會(huì)。

他們的論文“四環(huán)素依賴性核酶轉(zhuǎn)換允許在秀麗隱桿線蟲中有條件地誘導(dǎo)基因表達(dá)”，發(fā)表在Nature Communications上。

線蟲秀麗隱桿線蟲廣泛用于細(xì)胞和發(fā)育生物學(xué)的研究，并作為研究人類疾病的模型系統(tǒng)。這種研究動(dòng)物很受歡迎，因?yàn)樗慕馄式Y(jié)構(gòu)極其簡單，因?yàn)樗耐该鞫仍试S活細(xì)胞顯微鏡檢查，因?yàn)樗脑S多基因在人類中是進(jìn)化上保守的。

“然而，我發(fā)現(xiàn)非常令人沮喪的是，我們沒有針對這種動(dòng)物模型的誘導(dǎo)系統(tǒng)，允許我們隨意切換基因，”Martin Gamerdinger博士說。由于與JörgHartig教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)密切合作，研究人員能夠建立一個(gè)特別方便和有效的系統(tǒng)，用于誘導(dǎo)秀麗隱桿線蟲動(dòng)物模型中的基因。

Hartig教授的團(tuán)隊(duì)，也包括該論文的第一作者Lena Wurmthaler博士，研究核酸的不尋常結(jié)構(gòu)和特征，特別是催化活性核酶和所謂的核糖開關(guān)，可用于開啟或關(guān)閉單個(gè)基因。RNA在生物細(xì)胞中的一個(gè)主要目的是將遺傳信息轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì); mRNA用作信息載體。向mRNA分子引入自切割核酶導(dǎo)致mRNA衰變，并最終導(dǎo)致基因失活。

然而，核酶的活性 - 因此基因表達(dá) - 可以通過配體依賴性核酶來控制。研究人員的誘導(dǎo)系統(tǒng)基于配體四環(huán)素，屬于抗生素組。四環(huán)素通過所謂的RNA適體與RNA分子結(jié)合并抑制核酶活性。這反過來穩(wěn)定了mRNA，然后將其翻譯成蛋白質(zhì)。結(jié)果，可以打開所需的基因。

“對于新的遺傳開關(guān)來說，它是如此美妙，它可以用于秀麗隱桿線蟲的所有發(fā)育階段，即跨越所有幼蟲階段和成年動(dòng)物，直到現(xiàn)在才能實(shí)現(xiàn)，”Lena Wurmthaler博士解釋說。這種新方法的主要優(yōu)點(diǎn)之一是不需要額外的調(diào)節(jié)蛋白來調(diào)節(jié)基因表達(dá)。打開基因所需要的只是將核酶與適體(適體酶或配體依賴性核酶)一起插入mRNA并喂養(yǎng)秀麗隱桿線蟲四環(huán)素。

Lena Wurmthaler說：“我們需要很少的編碼空間，根本沒有額外表達(dá)的蛋白質(zhì)因子。只需一步，我們就可以轉(zhuǎn)換四環(huán)素誘導(dǎo)基因中任何感興趣的基因。”

研究人員能夠通過在不同細(xì)胞類型的秀麗隱桿線蟲中轉(zhuǎn)換紅色熒光蛋白mCherry的表達(dá)來驗(yàn)證他們的新系統(tǒng)。“擁有如此簡單高效的誘導(dǎo)系統(tǒng)是整個(gè)秀麗隱桿線蟲領(lǐng)域向前邁出的重要一步，”Gamerdinger總結(jié)道。這兩位研究人員希望他們的新系統(tǒng)能夠在多種環(huán)境中發(fā)揮作用，特別是在醫(yī)學(xué)研究方面。通過成功啟動(dòng)編碼亨廷頓蛋白(Htt)的突變基因并在人類中引起神經(jīng)退行性亨廷頓病，他們能夠建立和研究新的誘導(dǎo)型疾病模型作為他們研究的一部分。

與健康基因相反，研究中使用的亨廷頓基因變體編碼異常延長的聚谷氨酰胺序列。對于他們的實(shí)驗(yàn)，兩位研究人員創(chuàng)造了一種特別具有攻擊性的疾病模型，包含109個(gè)連續(xù)的聚谷氨酰胺(Htt109Q)。顯而易見地，喂養(yǎng)四環(huán)素的蠕蟲導(dǎo)致線蟲中的亨廷頓聚集增加，這導(dǎo)致癱瘓，并且當(dāng)特異性靶向神經(jīng)元時(shí)，嚴(yán)重喪失運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，其記錄了誘導(dǎo)基因的神經(jīng)毒性。使用這種方法，Martin Gamerdinger和Lena Wurmthaler能夠建立第一個(gè)可誘導(dǎo)模型在秀麗隱桿線蟲中的亨廷頓病。由于現(xiàn)在可以隨意誘導(dǎo)諸如Huntingtin等有毒蛋白質(zhì)，因此將來有可能產(chǎn)生和研究基于極毒蛋白質(zhì)的其他疾病模型。