根據(jù)萊斯大學(xué)的科學(xué)家的說法，首次在駱駝中發(fā)現(xiàn)的納米級抗體與蛋白質(zhì)降解分子相結(jié)合，是控制細胞內(nèi)蛋白質(zhì)水平的有效新平臺。該技術(shù)可以幫助基礎(chǔ)研究細胞動力學(xué)以及合成基因電路的設(shè)計。
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)明了一種雙功能識別系統(tǒng)，他們稱之為NanoDeg。它允許它們靶向細胞中的特定蛋白質(zhì)并嚴格控制它們的降解。
Segatori表示，即插即用系統(tǒng)將允許合成生物學(xué)家通過評估蛋白質(zhì)表達水平如何影響細胞生命來研究細胞環(huán)境中特定蛋白質(zhì)的功能。
該研究發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會期刊ACS Synthetic Biology上。
NanoDeg加速蛋白質(zhì)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，研究人員很快發(fā)現(xiàn)了它們的獨特性質(zhì)，包括它們的小尺寸，高溶解度以及識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，但可以在細菌和其他細胞中容易地制造和修飾。
另一個功能依賴于degrons，蛋白質(zhì)中的短序列，負責(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，它們將成為調(diào)節(jié)細胞蛋白質(zhì)水平的強大通用平臺。
“從本質(zhì)上講，它可以讓我們控制細胞中特定量的蛋白質(zhì)，”她說。“我們可以定制它以靶向細胞中的任何蛋白質(zhì)，一旦脫膠標(biāo)記的納米抗體與該伴侶結(jié)合，整個復(fù)合物就會降解。
“這個系統(tǒng)的優(yōu)勢在于它可以在蛋白質(zhì)水平上進行表達，”Segatori說。“通常情況下，當(dāng)人們想要調(diào)節(jié)細胞中蛋白質(zhì)的數(shù)量時，它們會作用于DNA或RNA - 遺傳水平。但是通過在蛋白質(zhì)水平上起作用，我們可以針對不同的調(diào)節(jié)后修飾，以及更多重要的是，我們對蛋白質(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)計了一種合成基因電路，表達綠色熒光蛋白(GFP)，研究人員用它來報告細胞過程，以及一個針對它的NanoDeg。“我們使用GFP是因為它是常用的報告基因，熒光很容易測量，”Segatori說。“當(dāng)納米抗體識別GFP時，整個復(fù)合物被用于降解。”
對于那些想要了解細胞中蛋白質(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)計了一種基因回路，其中GFP表達在細胞受到壓力時被激活，例如營養(yǎng)饑餓或熱量，”Segatori說。“當(dāng)細胞暴露于刺激物時，GFP被表達，你可以檢測到細胞熒光的增加。
“但是當(dāng)你拿走刺激時，信號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)建一個基因環(huán)路，其中GFP表達在刺激下被激活，但當(dāng)關(guān)閉刺激時，NanoDeg會非常迅速地降解GFP。這會增加合成基因回路的靈敏度和動態(tài)分辨率。”