使用光调控基因转录

穆斯塔法Khammash领导的研究人员已经开发出一种新方法,它使用蓝光控制DNA的转录成RNA在单个细胞。这项技术也可以用于组织工程和干细胞研究。

转录是一项基本生物过程的基因复制的RNA分子。这涉及到蛋白质,包括转录因子和称为rna聚合酶的分子机器。

转录因子的转录过程开始,必须首先连接到一个特定的DNA的一部分。这触发各种流程,导致DNA的RNA聚合酶的对接。这种蛋白质复杂然后螺旋分解双螺旋为了阅读的顺序基因并将其复制到一个RNA分子。所谓的信使RNA是一种便携式拷贝基因功能的蛋白质合成的模板。

尽管被许多分子玩家强烈的监管,转录输出常常表现出高水平的细胞之间的差异。这变化的结果部分是由于这一事实转录是基于分子的随机遭遇,如转录因子和特定的DNA序列。特定基因的转录可以因此在每一个细胞进行不同;它开始更快一些,而不是在别人。实现更好的理解这种可变性的来源和获得更大的转录过程的控制是一个重要的研究目标。

教授领导的研究小组Mustafa Khammash控制理论和系统生物学的生物系统和工程在巴塞尔,已经发现了一种新方法来控制转录启动时,和规范的RNA分子形成使用optogenetic平台,ETH的研究人员最近在《分子细胞。这使细胞之间的差异减少,并允许转录动力学的新见解。

个人反馈,个人监管

平台允许研究人员与蓝光照射单酵母细胞进行不同时间和强度。通过外源基因的引入,这些细胞已经被转基因应对这种颜色的光通过激活转录因子,从而促进特定基因的转录。这个基因的转录,信使rna,与荧光蛋白标记,结果在明亮的荧光斑点积极转录时发生。

这些点可以使用荧光显微镜成像和评估。研究人员与该系统计算机,计算有多少RNA分子转录在给定时间和决定每个细胞的光量,应当接受接下来,为了调节转录所需的或指定。

转录动力的新见解

“谢谢这个设置,我们能够表明,转录的激活和解除激活发生很快,“乙Khammash教授说。他的团队进一步证实转录发生破裂,其持续时间和时机是通过控制调节转录因子的活动。多亏了他们的反馈机制,研究人员也能够减少转录输出不同细胞之间的差异。

作为测试(和生物系统的10岁生日庆祝部门去年),研究人员预计10号到酵母细胞使用蓝光。光,照亮细胞的转录开始导致明亮的荧光斑点的形成在所需的位置。

动态信号减少可变性

描述的控制方法有一个限制:它只能在显微镜下使用,但不是在试管或生物反应器,它需要控制生物技术过程。

为了克服这个限制,研究人员转向动态信号。控制基因活性的传统方法相比,使用光允许使用复杂的控制,细胞动态信号。通过比较不同类型的信号,研究人员在一项研究发表在《自然通讯,单个细胞的反应与脉动的信号精度高于常量信号。现在可以更好地控制大量的细胞在一个简单的方法。此外,变异的结果暗示一个可能的策略可能的监管自然细胞群。

Khammash高兴的是项目成功。他和他的同事们最初开始这项研究纯粹的好奇心,没有任何特定的应用程序。“我们想要的,最重要的是,发现如果我们能控制转录过程的随机元素,”他说。“这是一个真正的技术挑战。”

他现在认为,平台可以为后续研究金矿。他说,可能有很多不同的应用程序,尤其是在研究,控制转录是很重要的。作为一个例子,可以开发原型的基因网络伴随着速度的增加,细胞间通讯控制外部和将不再是依赖于信号分子。“这个平台也可以成为组织工程和干细胞研究的一个重要工具。”研究人员将仔细看看这些应用程序的平台在未来几年内,并已经获得了资金从欧盟场效应晶体管打开程序。