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哺乳动物基因表达和信号的多色控制。

Multi-chromatic control of mammalian gene expression and signaling.

机构信息

Faculty of Biology, University of Freiburg, Schänzlestrasse 1, 79104 Freiburg, Germany.

出版信息

Nucleic Acids Res. 2013 Jul;41(12):e124. doi: 10.1093/nar/gkt340. Epub 2013 Apr 26.

DOI:10.1093/nar/gkt340
PMID:23625964
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3695509/
Abstract

The emergence and future of mammalian synthetic biology depends on technologies for orchestrating and custom tailoring complementary gene expression and signaling processes in a predictable manner. Here, we demonstrate for the first time multi-chromatic expression control in mammalian cells by differentially inducing up to three genes in a single cell culture in response to light of different wavelengths. To this end, we developed an ultraviolet B (UVB)-inducible expression system by designing a UVB-responsive split transcription factor based on the Arabidopsis thaliana UVB receptor UVR8 and the WD40 domain of COP1. The system allowed high (up to 800-fold) UVB-induced gene expression in human, monkey, hamster and mouse cells. Based on a quantitative model, we determined critical system parameters. By combining this UVB-responsive system with blue and red light-inducible gene control technology, we demonstrate multi-chromatic multi-gene control by differentially expressing three genes in a single cell culture in mammalian cells, and we apply this system for the multi-chromatic control of angiogenic signaling processes. This portfolio of optogenetic tools enables the design and implementation of synthetic biological networks showing unmatched spatiotemporal precision for future research and biomedical applications.

摘要

哺乳动物合成生物学的出现和未来取决于能够以可预测的方式协调和定制互补基因表达和信号转导过程的技术。在这里,我们首次证明了通过在单细胞培养中对不同波长的光做出响应,在哺乳动物细胞中进行多色表达控制。为此,我们通过设计基于拟南芥 UV 受体 UVR8 和 COP1 的 WD40 结构域的 UV 响应性分裂转录因子,开发了一种 UVB 诱导型表达系统。该系统允许在人类、猴子、仓鼠和小鼠细胞中进行高达 800 倍的 UVB 诱导基因表达。基于定量模型,我们确定了关键的系统参数。通过将这种 UVB 响应系统与蓝、红光诱导基因控制技术相结合,我们在哺乳动物细胞中单细胞培养中展示了三种基因的多色多基因控制,并将该系统应用于血管生成信号通路的多色控制。该光遗传学工具组合使设计和实施合成生物学网络成为可能,这些网络为未来的研究和生物医学应用提供了无与伦比的时空精度。

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