根據(jù)萊斯大學(xué)的研究人員的說法，首次在駱駝中發(fā)現(xiàn)的納米級(jí)抗體與蛋白質(zhì)降解分子相結(jié)合，是控制細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)水平的有效新平臺(tái)。該技術(shù)可以幫助基礎(chǔ)研究細(xì)胞動(dòng)力學(xué)以及合成基因電路的設(shè)計(jì)。

萊斯化學(xué)和生物分子工程師Laura Segatori，前研究生Wenting Zhao和前本科生Lara Pferdehirt發(fā)明了一種雙功能識(shí)別系統(tǒng)，他們稱之為NanoDeg。它允許它們靶向細(xì)胞中的特定蛋白質(zhì)并嚴(yán)格控制它們的降解。

Segatori表示，即插即用系統(tǒng)將允許合成生物學(xué)家通過評(píng)估蛋白質(zhì)表達(dá)水平如何影響細(xì)胞生命來研究細(xì)胞環(huán)境中特定蛋白質(zhì)的功能。

該研究發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊ACS Synthetic Biology上。

NanoDeg加速蛋白水解 - 蛋白質(zhì)的酶促分解 - 以控制翻譯后靶蛋白的水平。

一種功能來自駱駝科動(dòng)物的單鏈抗體，可以定制以靶向特定蛋白質(zhì)。當(dāng)在駱駝(以及后來的鯊魚)中發(fā)現(xiàn)抗體時(shí)，研究人員很快發(fā)現(xiàn)了它們的獨(dú)特性質(zhì)，包括它們的小尺寸，高溶解度以及識(shí)別隱藏或處于中間狀態(tài)的目標(biāo)的能力。它們比人類和大多數(shù)其他生物中天然存在的抗體小得多，但可以在細(xì)菌和其他細(xì)胞中容易地制造和修飾。

另一個(gè)功能依賴于degrons，蛋白質(zhì)中的短序列，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)降解的速率。這些也可以定制，以將目標(biāo)蛋白質(zhì)的消耗調(diào)節(jié)到所需水平。

Segatori表示，當(dāng)它們作為NanoDegs結(jié)合使用時(shí)，它們將成為調(diào)節(jié)細(xì)胞蛋白質(zhì)水平的強(qiáng)大通用平臺(tái)。

“從本質(zhì)上講，它可以讓我們控制細(xì)胞中特定量的蛋白質(zhì)，”她說。“我們可以定制它以靶向細(xì)胞中的任何蛋白質(zhì)，一旦脫膠標(biāo)記的納米抗體與該伴侶結(jié)合，整個(gè)復(fù)合物就會(huì)降解。

“這個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于它可以在蛋白質(zhì)水平上進(jìn)行表達(dá)，”Segatori說。“通常情況下，當(dāng)人們想要調(diào)節(jié)細(xì)胞中蛋白質(zhì)的數(shù)量時(shí)，它們就會(huì)在DNA或RNA上發(fā)揮作用。但是通過在蛋白質(zhì)水平上起作用，我們可以針對(duì)不同的調(diào)節(jié)后修飾，更重要的是，我們對(duì)蛋白質(zhì)消耗的速度和程度有了更多的控制。“

作為原理的證明，研究人員設(shè)計(jì)了一種合成基因電路，表達(dá)綠色熒光蛋白(GFP)，研究人員用它來報(bào)告細(xì)胞過程，以及一個(gè)針對(duì)它的NanoDeg。“我們使用GFP是因?yàn)樗浅Ｓ玫膱?bào)告基因，熒光很容易測(cè)量，”Segatori說。“當(dāng)納米抗體識(shí)別GFP時(shí)，整個(gè)復(fù)合物被用于降解。”

對(duì)于那些想要了解細(xì)胞中蛋白質(zhì)活性的更清晰信息的人來說，這也是有用的。

“假設(shè)你設(shè)計(jì)了一種基因回路，其中GFP表達(dá)在細(xì)胞受到壓力時(shí)被激活，例如營(yíng)養(yǎng)饑餓或熱量，”Segatori說。“當(dāng)細(xì)胞暴露于刺激物時(shí)，GFP被表達(dá)，你可以檢測(cè)到細(xì)胞熒光的增加。

“但是當(dāng)你拿走刺激時(shí)，信號(hào)的衰減并不一定反映刺激的衰退;它反映了GFP記者的穩(wěn)定性，”她說。“我們所做的是創(chuàng)建一個(gè)基因環(huán)路，其中GFP表達(dá)在刺激下被激活，但當(dāng)關(guān)閉刺激時(shí)，NanoDeg會(huì)非常迅速地降解GFP。這會(huì)增加合成基因回路的靈敏度和動(dòng)態(tài)分辨率。”