Circuits de gènes synthétiques Pump Up signaux cellulaires dans l'étude des maladies neurodégénératives

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Circuit génétique synthétique créé par des chercheurs de l'Université de Rice est les aider à voir, pour la première fois, la façon de réglementer les mécanismes cellulaires qui dégradent les protéines mal repliées impliqués dans la maladie de Parkinson, de Huntington et d'autres maladies.

Circuits de gènes synthétiques Pump Up signaux cellulaires dans l'étude des maladies neurodégénératives

Le système Deg-On, un régulateur d'ingénierie, contrôle l'expression d'un rapporteur fluorescent. L'activation du système ubiquitine protéasome (UPS) améliore la dégradation de la régulation et conduit à une augmentation de la production fluorescent. Tétracycline, un inducteur, peut être utilisé pour affiner le système et optimiser la détection des différents niveaux d'activation UPS.

Crédit: Groupe / Université Segatori riz

Le laboratoire riz d'ingénieur chimique et biomoléculaire Laura Segatori a conçu un circuit sophistiqué qui signale des augmentations dans la dégradation des protéines par le système ubiquitine protéasome de la cellule (UPS).

La recherche apparaît en ligne aujourd'hui dans Nature Communications.

L'onduleur est essentielle pour une variété de processus cellulaires fondamentaux, y compris le cycle cellulaire, la réparation de l'ADN, la réponse immunitaire, la mort cellulaire et la dégradation de protéines mal repliées et endommagées. Il a plusieurs composantes: molécules ubiquitine qui balise protéines mal repliées pour dégradation et protéasomes qui se accrochent sur les protéines marquées et les décomposer en peptides inoffensifs.

Quand il ya trop peu de protéasomes dans une cellule, ou ils ne fonctionnent pas correctement, les protéines mal repliées de qui restent flottants dans le cytoplasme peut agréger. Ces agrégats peuvent former des plaques, aussi souvent vu dans le cerveau des personnes atteintes de maladies neurodégénératives.

L'équipe riz ajouté à la cellule un ensemble de circuits génétiques appelés dégradation Sur - «Deg-On" pour faire court. Ces circuits produisent un signal fluorescent vert lié à la dégradation de l'UPS et de permettre aux chercheurs de surveiller l'activité de protéasome.

"L'objectif global est de développer une technologie à l'écran pour les molécules qui permettraient d'améliorer ou activer la dégradation", a déclaré Segatori, Droit TN professeur adjoint de Rice de chimie et de génie biomoléculaire et professeur assistant de biochimie et de biologie cellulaire.

"Le protéasome est essentiellement un grand tonneau qui se déroule et les côtelettes jusqu'à protéines mal repliées. Nous savons comment inhiber la dégradation, mais nous voulons trouver des moyens pour l'activer, parce que nous pensons que ce sera utile pour aider à prévenir l'accumulation de protéines mal repliées et l'agrégation, qui sont associés à l'élaboration d'un certain nombre de maladies humaines ».

La dégradation couples de circuits protéasome Deg-On d'un répresseur de la tétracycline conçu pour un signal fluorescent facilement détectable. Le répresseur de la tétracycline est conçu pour fonctionner comme un substrat de l'onduleur; il imite essentiellement une protéine mal repliée.

Normalement, la dégradation accrue atténuerait le signal de sortie, mais ce circuit génétique permet de relier la dégradation accrue à une augmentation de la production. Le répresseur ingénierie peut encore être régulée par la tetracycline antibiotique, ce qui permet d'étalonner le système pour la détection de l'activation même minime de dégradation onduleur. Circuit de synthèse supplémentaire fournit une boucle de rétroaction qui permet l'auto-amplification de sorte que le répresseur tétracycline augmente en outre l'addition du signal.

L'équipe Rice n'a vaste modélisation informatique de Deg-On pour améliorer sa sensibilité et sa plage dynamique avant de construire et de tester le système sur les cellules HeLa laboratoire standard. L'équipe comprenait étudiant diplômé et auteur principal Wenting Zhao, premier cycle Claire McWhite et ancien riz Matthew Bonem, en collaboration avec Jonathan Silberg, professeur agrégé de biochimie et de biologie cellulaire à Rice.

«Nous sommes venus avec l'idée d'avoir une boucle de rétroaction, qui est une boucle d'auto-activation pour le répresseur de la tétracycline, dans notre deuxième circuit (un Deg-On amélioré)," a dit Zhao. "Nous avons constaté que une petite augmentation de l'activité UPS a provoqué une petite diminution de la protéine répresseur TetR. Parce que TetR active sa propre expression dans le renforcement de Deg-On, le signal de sortie fluorescente est amplifié et les gains de circuit dans la sensibilité et la gamme dynamique."

«Le travail de Wenting a contribué à la prévision des changements dans l'architecture de circuit qui conduirait à une sensibilité accrue", a déclaré Segatori.

Le but immédiat du laboratoire est de créer des tests pour la détection rapide de petites molécules ou des gènes qui peuvent augmenter l'activité de protéasome, dit-elle. "Cela va nous aider à concevoir rationnellement composés ou des stratégies qui pourraient améliorer la dégradation non seulement pour l'étude et le traitement des maladies repliement mais aussi pour une variété d'autres applications.

"Misfolding et l'agrégation sont parmi les principaux défis dans les domaines de la bio-ingénierie et de la biotechnologie. Ils sont le goulot d'étranglement dans la production à haut rendement de protéines recombinantes, par exemple, dans des cellules conçues pour montez expression d'une protéine d'intérêt," a déclaré Segatori .

La National Science Foundation, la Fondation Welch et la Fondation Sid W. Richardson, à travers un Institut des Biosciences riz et Grant Bioengineering Medical Innovations Award, ont soutenu la recherche.