Synthetischen genetischen Schaltkreis an der Rice University erstellt von Forschern hilft, sie zu sehen, zum ersten Mal , wie man Zellmechanismen, die die fehlgefalteten Proteinen in Parkinson , Chorea Huntington und anderen Erkrankungen in Verbindung gebracht abbauen zu regulieren.
Die Reis- Labor der chemische und molekularbiologische Ingenieur Laura Segatori hat eine anspruchsvolle Schaltung, die Erhöhung der Abbau von Proteinen durch Ubiquitin- Proteasom-System der Zelle (USV) Signale ausgelegt .
Die Forschung wird heute in Nature Communications .
Die USV ist für eine Vielzahl von grundlegenden zellulären Prozessen , einschließlich der Zellzyklus , die DNA-Reparatur , Immunantwort , Zelltod und den Abbau fehlgefalteter und beschädigten Proteinen. Es hat mehrere Komponenten: Ubiquitin- Moleküle, die fehlgefaltete Proteine Tag für den Abbau und Proteasomen , die auf die markierten Proteine Riegel und brechen sie in harmlose Peptide .
Wenn es zu wenige Proteasomen in einer Zelle , oder sie nicht richtig funktionieren , können fehlgefalteten Proteinen, die im Cytoplasma schwimm bleiben aggregieren. Diese Aggregate können Plaques zu bilden , wie es häufig in Gehirnen von Menschen mit neurodegenerativen Erkrankungen gesehen .
Die Reis -Team aufgenommen zu der Zelle eine Reihe von genetischen Schaltkreisen genannt Degradation On - " Deg -On " für kurze . Diese Schaltungen erzeugen ein grünes Fluoreszenzsignal an UPS Abbau verbunden und ermöglichen es den Forschern, proteasomalen Aktivität zu überwachen .
" Das übergeordnete Ziel ist es, eine Technologie zu entwickeln, die für Moleküle, die zu verbessern oder zu aktivieren Abbau würde zu screenen ", sagte Segatori , Rice TN Law Assistant Professor für chemische und molekularbiologische Technik und ein Assistent Professor für Biochemie und Zellbiologie .
" Das Proteasom ist im Wesentlichen ein großes Faß , die Koteletts und entfaltet sich falsch gefalteten Proteinen. Wir wissen, wie , um den Abbau zu verhindern , aber wir wollen Wege finden, um sie zu aktivieren , weil wir denken, dass nützlich , um zu verhindern Akkumulation fehlgefalteter Proteine und Aggregation sein , die mit der Entwicklung einer Reihe von Krankheiten beim Menschen verbunden sind. "
Der Deg -On Schaltung Paare proteasomalen Abbau eines konstruierten Tetracyclin-Repressor zu einer leicht detektierbaren Fluoreszenzsignal . Der Tetracyclin-Repressor wurde entwickelt, um als UPS Substrat funktionieren ; es im Wesentlichen ahmt eine fehlgefaltete Protein.
Normalerweise würde verstärkten Abbau des Ausgangssignals zu dämpfen, aber diese genetische Schaltung ermöglicht es, verstärkten Abbau zu einer Erhöhung der Ausgangsverbindung . Die technisch -Repressor noch durch die geregelt werden Antibiotikum Tetracyclin , die Kalibrierung des Systems für die Erkennung von selbst minimale Aktivierung von UPS Abbau ermöglicht . Ein zusätzlicher Syntheseschaltung stellt eine Rückkopplungsschleife , die die Selbstverstärkung des Repressors zu können , so dass die Zugabe von Tetracyclin das Signal noch weiter verstärkt .
Die Reis- Team hat umfangreiche Computermodellierung von Deg -On auf seine Empfindlichkeit und Dynamik vor dem Bau und Test des Systems auf Laborstandard - HeLa-Zellen zu verbessern. Das Team bestand aus Doktorand und Erstautor Wenting Zhao, Undergraduate- Claire McWhite und Reis Alumnus Matthew Bonem in Zusammenarbeit mit Jonathan Silberg , außerordentlicher Professor für Biochemie und Zellbiologie an der Rice .
"Wir kamen auf die Idee, eine Rückkopplungsschleife , die eine Selbstaktivierungsschleifefür den Tetracyclin-Repressor ist , in unserer zweiten Schaltung ( eine erweiterte Deg -On ) ", sagte Zhao . "Wir fanden heraus, dass eine kleine Erhöhung der UPS -Aktivität führte zu einer geringen Abnahme der TetR -Repressor Protein. Weil TetR aktiviert seine eigene Expression im erweiterten Deg -On wird das Fluoreszenzausgangssignalverstärkt und die Schaltungsgewinnein der Empfindlichkeit und den Dynamikbereich . "
" Wenting Arbeit war maßgeblich an der Vorhersage von Veränderungen in der Schaltungsarchitektur , die erhöhte Empfindlichkeit führen würde ", sagte Segatori .
Unmittelbare Ziel des Labors ist es, Tests zum schnellen Nachweis kleiner Moleküle oder Gene, die Proteasom -Aktivität erhöhen können zu erstellen , sagte sie. "Dies wird uns helfen, rationell Verbindungen oder Strategien, die Verschlechterung nicht nur für die Erforschung und Behandlung von Fehlfaltungserkrankungen, sondern auch für eine Vielzahl anderer Anwendungen zu verbessern konnte .
" Fehlfaltung und Aggregation gehören zu den größten Herausforderungen in den Bereichen Biotechnologie und Biotechnologie. Sie sind der Engpass in der High-Yield- Produktion rekombinanter Proteine , beispielsweise in den Zellen entwickelt, um aus einem Protein von Interesse ankurbeln Ausdruck ", sagte Segatori .