Ένα νέο σύστημα ελέγχου για συνθετικά γονίδια

Χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση που βασίζεται στις πρωτεΐνες CRISPR, οι ερευνητές του MIT ανέπτυξαν έναν νέο τρόπο για τον ακριβή έλεγχο της ποσότητας μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης που παράγεται σε κύτταρα θηλαστικών.

Αυτή η τεχνική θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να τελειοποιήσει την παραγωγή χρήσιμων πρωτεϊνών, όπως τα μονοκλωνικά αντισώματα που χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία του καρκίνου και άλλων ασθενειών ή άλλες πτυχές της κυτταρικής συμπεριφοράς. Στη νέα τους μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications, οι ερευνητές έδειξαν ότι το σύστημα μπορεί να λειτουργήσει σε μια ποικιλία κυττάρων θηλαστικών με πολύ συνεπή αποτελέσματα.

«Είναι ένα πολύ προβλέψιμο σύστημα που μπορούμε να σχεδιάσουμε εκ των προτέρων και στη συνέχεια να έχουμε το αναμενόμενο αποτέλεσμα», λέει ο πρώην ερευνητής του MIT William C.W. Chen. “Πρόκειται για ένα σύστημα υψηλής ρύθμισης και είναι κατάλληλο για πολλές διαφορετικές βιοϊατρικές εφαρμογές σε πολλούς διαφορετικούς τύπους κυττάρων.”

Ο Chen, τώρα επίκουρος καθηγητής βιοϊατρικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Ντακότα, είναι συν-επικεφαλής της νέας μελέτης μαζί με τον πρώην ερευνητή του MIT Leonid Gaidokov και τον Yong Lai. Ο ανώτερος συγγραφέας Timothy Lowe, αναπληρωτής καθηγητής βιολογικής μηχανικής και ηλεκτρολογίας και επιστήμης υπολογιστών στο MIT, ηγήθηκε της έρευνας.

Γονιδιακός έλεγχος

Πολλές θεραπευτικές πρωτεΐνες, συμπεριλαμβανομένων των μονοκλωνικών αντισωμάτων, παράγονται σε μεγάλους βιοαντιδραστήρες που περιέχουν κύτταρα θηλαστικών κατασκευασμένα για να παράγουν την πρωτεΐνη-στόχο. Πριν από αρκετά χρόνια, ερευνητές στο Κέντρο Συνθετικής Βιολογίας του MIT, συμπεριλαμβανομένου του εργαστηρίου Lowe, άρχισαν να συνεργάζονται με την Pfizer σε ένα έργο για την ανάπτυξη εργαλείων συνθετικής βιολογίας που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την ενίσχυση της παραγωγής αυτών των χρήσιμων πρωτεϊνών.

Για να γίνει αυτό, οι ερευνητές στόχευσαν τους υποκινητές των γονιδίων που ήθελαν να ρυθμίσουν. Σε όλα τα κύτταρα θηλαστικών, τα γονίδια έχουν μια περιοχή προαγωγέα που συνδέεται με μεταγραφικούς παράγοντες – πρωτεΐνες που ξεκινούν τη μεταγραφή του γονιδίου σε αγγελιοφόρο RNA.

Σε προηγούμενη εργασία, οι επιστήμονες έχουν σχεδιάσει τεχνητούς μεταγραφικούς παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των πρωτεϊνών που ονομάζονται ψευδάργυροι, για να βοηθήσουν στην ενεργοποίηση των γονιδίων-στόχων. Ωστόσο, τα δάχτυλα ψευδαργύρου και πολλοί άλλοι τύποι συνθετικών παραγόντων μεταγραφής πρέπει να επανασχεδιαστούν για κάθε γονίδιο που στοχεύουν, καθιστώντας την ανάπτυξή τους δύσκολη και χρονοβόρα.

Το 2013, ερευνητές στο εργαστήριο του Lu ανέπτυξαν έναν μεταγραφικό παράγοντα με βάση το CRISPR που τους επέτρεψε να ελέγχουν πιο εύκολα τη μεταγραφή φυσικών γονιδίων σε κύτταρα θηλαστικών και ζυμομυκήτων. Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές αποφάσισαν να βασιστούν σε αυτό το έργο για να δημιουργήσουν μια βιβλιοθήκη συνθετικών βιολογικών θραυσμάτων που θα τους επέτρεπε να παραδώσουν ένα διαγονίδιο -ένα γονίδιο που δεν εκφράζεται κανονικά από το κύτταρο- και να ελέγξουν με ακρίβεια την έκφρασή του.

“Η ιδέα είναι να έχουμε ένα σύστημα συνθετικού προαγωγέα πλήρους φάσματος που μπορεί να πάει από πολύ χαμηλό σε πολύ υψηλό για να φιλοξενήσει διαφορετικές κυτταρικές εφαρμογές”, λέει ο Chen.

Το σύστημα που σχεδίασαν οι ερευνητές αποτελείται από πολλά στοιχεία. Το ένα είναι το γονίδιο που πρόκειται να μεταγραφεί, μαζί με μια αλληλουχία «χειριστή», η οποία αποτελείται από μια σειρά από τεχνητές θέσεις δέσμευσης παράγοντα μεταγραφής. Το άλλο συστατικό είναι ένα οδηγό RNA που συνδέεται με την ακολουθία χειριστή. Τέλος, το σύστημα περιέχει επίσης έναν τομέα μεταγραφικής ενεργοποίησης που συνδέεται με την απενεργοποιημένη πρωτεΐνη Cas9. Όταν αυτή η απενεργοποιημένη πρωτεΐνη Cas9 συνδέεται με το RNA-οδηγό στη θέση του τεχνητού προαγωγέα, ο μεταγραφικός παράγοντας που βασίζεται στο CRISPR μπορεί να ενεργοποιήσει την έκφραση γονιδίου.

Οι θέσεις προαγωγέα που χρησιμοποιούνται για αυτό το συνθετικό σύστημα έχουν σχεδιαστεί ώστε να διαφέρουν από τις φυσικές θέσεις προαγωγέα, έτσι ώστε αυτό το σύστημα να μην επηρεάζει τα γονίδια στα γονιδιώματα των ίδιων των κυττάρων. Κάθε χειριστής περιέχει από δύο έως 16 αντίγραφα της θέσης δέσμευσης RNA-οδηγού και οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το σύστημά τους μπορεί να ξεκινήσει τη μεταγραφή γονιδίων με ρυθμούς που είναι γραμμικά ανάλογοι με τον αριθμό των θέσεων δέσμευσης, επιτρέποντάς τους να ελέγχουν την ποσότητα της πρωτεΐνης που παράγεται. ακριβώς.

Υψηλή συνοχή

Οι ερευνητές δοκίμασαν το σύστημά τους σε διάφορους τύπους κυττάρων θηλαστικών, συμπεριλαμβανομένων των κυττάρων ωοθήκης κινέζικου χάμστερ (CHO), τα οποία χρησιμοποιούνται συνήθως για την παραγωγή θεραπευτικών πρωτεϊνών σε βιομηχανικούς βιοαντιδραστήρες. Βρήκαν πολύ παρόμοια αποτελέσματα σε κύτταρα CHO και άλλα κύτταρα που εξέτασαν, συμπεριλαμβανομένων μυοβλαστών αρουραίου και ποντικού (πρόγονοι μυϊκών κυττάρων), ανθρώπινα εμβρυϊκά νεφρικά κύτταρα και πολυδύναμα βλαστοκύτταρα που προκαλούνται από τον άνθρωπο.

«Αυτό το σύστημα είναι εξαιρετικά προσαρμόσιμο σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων και γονίδια-στόχους», λέει ο Chen. Αυτό είναι ένα καλό σημείο εκκίνησης για να σκεφτούμε τη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης και της συμπεριφοράς των κυττάρων με ένα εξαιρετικά ρυθμιζόμενο και προβλέψιμο συνθετικό σύστημα.

Αφού πρώτα έδειξαν ότι μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν το νέο σύστημα για να προκαλέσουν τα κύτταρα να παράγουν τις αναμενόμενες ποσότητες φθορίζουσες πρωτεΐνες, οι ερευνητές έδειξαν ότι μπορούσαν να το χρησιμοποιήσουν για να προγραμματίσουν την παραγωγή των δύο κύριων τμημάτων ενός μονοκλωνικού αντισώματος που ονομάζεται JUG444.

Οι ερευνητές προγραμμάτισαν επίσης τα κύτταρα CHO να παράγουν ποικίλες ποσότητες ενός ανθρώπινου αντισώματος που ονομάζεται αντι-PD1. Όταν τα ανθρώπινα Τ κύτταρα εκτέθηκαν σε αυτά τα κύτταρα, έγιναν ισχυρότεροι δολοφόνοι των καρκινικών κυττάρων εάν παράγονταν περισσότερα αντισώματα.

Αν και οι ερευνητές κατάφεραν να λάβουν υψηλές αποδόσεις των επιθυμητών αντισωμάτων, απαιτείται περισσότερη δουλειά για την ενσωμάτωση του συστήματος σε βιομηχανικές διαδικασίες, λένε. Σε αντίθεση με τα κύτταρα που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικούς βιοαντιδραστήρες, τα κύτταρα που χρησιμοποιήθηκαν σε αυτή τη μελέτη αναπτύχθηκαν σε επίπεδη επιφάνεια και όχι σε υγρό εναιώρημα.

Είναι ένα σύστημα που ελπίζει να χρησιμοποιηθεί σε βιομηχανικές εφαρμογές, αλλά πρώτα πρέπει να το προσαρμόσουμε σε αιωρούμενα κύτταρα για να δούμε αν παράγουν πρωτεΐνες με τον ίδιο τρόπο. Νομίζω ότι θα έπρεπε, γιατί δεν υπάρχει λόγος να μην είναι, αλλά πρέπει ακόμα να το δοκιμάσουμε.

Αυτή η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Πρόγραμμα Συνθετικής Βιολογίας Pfizer-MIT RCA, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας, τη Σχολή Ιατρικής του Πανεπιστημίου της Νότιας Ντακότα Sanford, τη Μεταδιδακτορική Υποτροφία NIH Ruth L. Kirschstein NRSA και το Τμήμα ΗΠΑ. άμυνα

Πανεπιστημιακή ελευθερία. Αυτό το υλικό από τον αρχικό οργανισμό/συγγραφέα μπορεί να είναι ad hoc χαρακτήρα, επεξεργασμένο για λόγους σαφήνειας, στυλ και έκτασης. Οι απόψεις και οι απόψεις που εκφράζονται είναι αυτές των συγγραφέων. Δείτε αναλυτικά εδώ.

Leave a Comment