Более слабые транскрипционные факторы эффективнее в команде

Биоинженеры могут изменять геномы клеток для создания "клеточных терапий", но им сложно разработать специализированные активирующие белки — транскрипционные факторы, — которые бы включали заданные гены, не активируя иногда естественные гены клетки.

В исследовании, опубликованном в Cell, биоинженеры из Университета Райса, Бостонского университета, Гарвардской медицинской школы, Дартмутского колледжа и Института Висса показали, что можно практически исключить такую "внецелевую" активацию, используя метод, подсмотренный у природы.

"Мы сделали наши транскрипционные факторы слабее", — сказал соавтор Калеб Башор. Поскольку они связываются с ДНК в целом слабее, вероятность их связывания с нецелевыми участками падает почти до нуля.

Биоинженеры обычно стремятся создавать сильно связывающиеся транскрипционные факторы, чтобы целевые гены активировались вовремя. Ослабление факторов кажется нелогичным, но группа Башора годами сотрудничала с группой Ахмада "Мо" Халиля, чтобы создавать инструменты, использующие слабые факторы, заставляя их работать в команде.

"Транскрипционные факторы действуют как 'проводка' в генетических схемах, связывая экспрессию разных генов в схеме", — пояснил Башор.

Генетические схемы — это наборы генов, работающих вместе. Например, в предыдущих работах были созданы схемы, выполняющие программируемую булеву логику, обработку сигналов, аналого-цифровое преобразование.

Каждый транскрипционный фактор активирует свой целевой ген, связываясь с определённой последовательностью ДНК. Чтобы гарантировать активацию целевых генов ослабленными факторами, исследователи использовали явление кооперативной сборки. В их клетках фактор активирует цель, только сначала объединившись с одним или несколькими другими факторами в крупный белковый комплекс. Собранный комплекс ведёт себя как единое целое и активирует ген.

"Наш дизайн делает их сильными в группе, но слабыми поодиночке, — сказал Башор. — Это гарантирует, что единственные гены, которые они могут активировать вместе, — это гены в схеме. В результате схемы работают нормально, но также 'стабилизированы' и сохраняются в клетке долгое время".

Использование природой похожей стратегии у сложных организмов вдохновило на этот проект.

В качестве примера потенциала работы Башор привёл клеточные терапии. Часто количество вводимых пациенту engineered клеток намного меньше числа, необходимого для терапевтического эффекта. Лечение эффективно, только если модифицированные клетки приживаются, размножаются и образуют популяцию, достаточно большую для борьбы с болезнью.

"Любая нагрузка из-за внецелевых взаимодействий снижает шансы на успех, — сказал он. — Наш подход предлагает общий набор правил, который инженеры могут использовать для изоляции генетических схем от клетки-хозяина и снижения внецелевой нагрузки".