Двухкомпонентные сигнальные пути как элементы дизайна синтетических схем
Ученые из ETH Zurich (Швейцария) успешно трансплантировали двухкомпонентные сигнальные пути из прокариот в клетки млекопитающих. Эти пути, состоящие из гистидинкиназы (HK) и регулятора ответа (RR), являются основной системой обработки сигналов у бактерий, но отсутствуют в клетках позвоночных.
Ключевые результаты:
- Основные биохимические процессы (фосфорилирование) сохраняются в клетках млекопитающих.
- Способность HK чувствовать химические лиганды в новой среде оказалась ослабленной или скрытой.
- Пути можно использовать для многокомпонентной регуляции генов и создания логических элементов (AND, NOR, OR) в синтетических схемах.
- Компоненты демонстрируют ортогональность (минимальные перекрестные помехи) как по отношению к клетке-хозяину, так и друг к другу.
Преодоленные вызовы:
- Обеспечение ортогональности и воспроизведение поведения, наблюдаемого в прокариотах.
- Реализация логики AND в клетках млекопитающих, что затрудняла высокая чувствительность пути к низким уровням экспрессии HK.
- Сохранение базовых биохимических процессов при трансплантации между столь разными организмами.
Инновационные подходы:
- Точная трансплантация с помощью кодонной оптимизации и использования промоторов млекопитающих.
- Разработка регулируемого промотора, контролируемого фосфорилированными RR, с использованием минимальной коровой последовательности и нескольких сайтов связывания.
Перспективы и будущие шаги:
- Пути могут стать источником ортогональных строительных блоков для создания сложных логических каскадов в клетках млекопитающих.
- Мутантные RR могут служить эффективными конститутивными активаторами транскрипции.
- В долгосрочной перспективе это может привести к созданию более надежных и программируемых генетических схем для контроля физиологии клеток, включая детекцию патологических состояний.
- Следующие шаги: исследование сенсорной функции HK и построение крупных синтетических схем на основе этих блоков.