Rice University-Forschung-Ziele, Parkinson, Huntington und anderen deren Krankheiten

Synthetische genetische schaltkreise erstellt von Wissenschaftlern an der Rice University wird Ihnen helfen zu sehen, zum ersten mal, wie Regeln Zelle Mechanismen, die zum Abbau der fehlgefalteten Proteine eine Rolle bei Parkinson, Huntington und anderen Krankheiten.

Die Reis-Labor für Chemische und biomolekulare Ingenieur, Laura Segatori hat eine ausgeklügelte Schaltung, die Signale erhöht, die in den Abbau von Proteinen durch die Zelle das ubiquitin-Proteasom-system (UPS).

Die Forschung erscheint heute online in Nature Communications.

Die USV ist unabdingbar für eine Reihe grundlegender zellulärer Prozesse wie Zellzyklus, DNA-Reparatur, Immunantwort, Zelltod und dem Abbau von fehlgefaltete und beschädigte Proteine. Es hat mehrere Komponenten: ubiquitin-Moleküle, die tag fehlgefaltete Proteine für den Abbau und das Proteasom, Riegel auf der markierten Proteine und zerlegen Sie in Harmlose Peptide.

Wenn es zu wenig Proteasom in einer Zelle, oder Sie funktionieren nicht richtig, falsch gefaltete Proteine, bleiben schwebend im Zytoplasma aggregieren kann. Diese Aggregate bilden plaques, wie Sie Häufig in den Gehirnen von Menschen mit neurodegenerativen Erkrankungen.

Das Reis-team Hinzugefügt, um die Zelle eine Reihe von genetischen schaltungen genannt Abbau Auf „Deg“ für kurze. Diese schaltungen produzieren ein grün fluoreszierendes signal verknüpft USV-Abbau und ermöglicht es den Forschern, zu überwachen deren Tätigkeit.

„Das übergeordnete Ziel ist es, eine Technik zu entwickeln, um Bildschirm für Moleküle, die verbessern würde, oder aktivieren Sie den Abbau,“ sagte Segatori, Rice T. N. Gesetz Assistant Professor für Chemie und Biomolecular Engineering und Assistenzprofessor der Biochemie und der Zellbiologie.

„Das Proteasom ist im wesentlichen ein großes Fass, das sich entfaltet und Koteletten fehlgefaltete Proteine. Wir wissen, wie wir hemmen den Abbau, aber wir wollen Wege finden, um es zu aktivieren, weil wir denken, das wird nützlich sein, zu helfen, zu verhindern Ansammlung von fehlgefalteten Proteinen und die aggregation, die im Zusammenhang mit der Entwicklung einer Reihe von menschlichen Krankheiten.“

Die Deg-Schaltung Paare, deren Abbau engineered Tetracyclin-repressor zu einer gut detektierbaren fluoreszenzsignal. Das Tetracyclin-repressor ist entwickelt um zu funktionieren wie eine USV-Substrat; es ist im wesentlichen imitiert ein fehlgefalteten proteins.

Normalerweise enhanced degradation würde dämpfen des Ausgangssignals, aber diese genetischen Schaltkreis macht es möglich, link enhanced degradation zu einem Anstieg der Leistung. Die engineered repressor kann noch geregelt werden durch das Antibiotikum Tetracyclin, die es erlaubt die Kalibrierung des Systems für die Erkennung auch minimaler Aktivierung der USV-Abbau. Eine zusätzliche Kunststoff-Schaltung ist eine feedback-Schleife, die es ermöglicht, die selbst-Verstärkung des repressors so, dass die Zugabe von Tetracyclin weiter das signal verstärkt.

Das Reis-team hat umfangreiche computer-Modellierung von Grad-Auf die Verbesserung der Empfindlichkeit und des dynamischen Bereichs vor dem erstellen und testen der system-on-lab-standard HeLa-Zellen. Das team Doktorand und führen Autor Wenting Zhao, Bachelor-Claire McWhite und Reis alumnus Matthäus Bonem, in Zusammenarbeit mit Jonathan Silberg, associate professor für Biochemie und Zellbiologie an der Rice.

„Wir kamen mit der Idee einer feedback-Schleife, was ist eine self-activation-loop für das Tetracyclin-repressor, in unserem zweiten Schaltung (eine verbesserte Deg-On),“ Zhao sagte. „Wir fanden, dass eine kleine Erhöhung in USV-Aktivität verursacht eine geringfügige Abnahme in den TetR-repressor-protein. Da TetR aktiviert seine eigene expression in den erweiterten Deg-On, fluoreszierende Ausgangssignal wird verstärkt und die Strecke gewinnt in der Empfindlichkeit und des dynamischen Bereichs.“

„Wenting Arbeit war instrumental in der Vorhersage von änderungen in der Schaltung-Architektur, die würde führen zu erhöhte Empfindlichkeit,“ Segatori sagte.

Das Labor unmittelbare Ziel ist die Schaffung von assays für den raschen Nachweis von kleinen Molekülen oder Genen, die zu einer Steigerung deren Aktivität, sagte Sie. „Dies wird uns helfen, Rational design Präparate oder Strategien, konnte die Zersetzung nicht nur für die Erforschung und Behandlung von fehlfaltung, Krankheiten, aber auch für eine Vielzahl anderer Anwendungen.

„Die Aufgabe, die fehlfaltung und aggregation sind unter den wichtigsten Herausforderungen in den Bereichen der Biotechnik und Biotechnologie. Sind Sie der Engpass in der high-yield-Produktion von rekombinanten Proteinen, zum Beispiel, in den Zellen entwickelt, um die Kurbel expression eines proteins von Interesse,“ Segatori sagte.

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