写于 2017-05-01 03:16:26| 金沙平台| 总汇

来自麻省理工学院和布罗德研究所的一组研究人员开发了基于光遗传学的新技术,科学家可以通过简单地照射细胞来启动或停止任何基因的表达尽管人类细胞估计有20,000个基因,但只有一小部分基因在任何给定的时间打开,取决于细胞的需要 - 可以按分钟或小时改变为了找出这些基因正在做什么,研究人员需要能够在类似的短时间尺度上操纵他们状态的工具现在可以了,这要归功于麻省理工学院和布罗德研究所开发的一项新技术,可以通过在细胞上发光来快速启动或停止任何感兴趣基因的表达这项工作基于一种称为光遗传学的技术,该技术使用改变其功能的蛋白质在这种情况下,研究人员调整了光敏蛋白,以刺激或抑制特定靶基因的表达,几乎立即在光线亮起之后“细胞在相当短的时间内发生了非常动态的基因表达,但到目前为止,用于干扰基因表达的方法甚至没有接近那些动力学了解这些基因的功能影响 - 表达变化更好,我们必须能够尽可能地匹配自然发生的动态,“麻省理工学院大脑和认知科学研究生Silvana Konermann说道

精确控制基因表达的时间和持续时间的能力应该能够更容易弄清楚特定基因的作用,特别是那些参与学习和记忆的基因新系统也可用于研究表观遗传修饰 - 围绕DNA的蛋白质的化学改变 - 这些也被认为在学习和学习中发挥重要作用

记忆Konermann和哈佛大学研究生Mark Brigham是7月2日描述该技术的论文的主要作者2 Nature的在线版本论文的高级作者是张炜,麻省理工学院生物医学工程的WM Keck助理教授,Broad研究所的核心成员和麻省理工学院麦戈文脑研究研究所闪亮的基因研究新系统由几个组成部分组成彼此相互作用以控制DNA复制成信使RNA(mRNA),其携带遗传指令到细胞的其余部分

第一种是DNA结合蛋白,称为转录激活因子样效应物(TALE)TALE是模块蛋白可以定制的方式将任何DNA序列结合在一起融合到TALE蛋白质上的是一种光敏感的蛋白质,称为CRY2,天然存在于拟南芥(Arabidopsis thaliana)中,这是一种小型开花植物

当光照射到CRY2时,它会改变形状并与之结合

它的天然伴侣蛋白,被称为CIB1为了利用这一点,研究人员设计了一种CIB1形式,它与另一种蛋白质融合,可以激活或支持按压基因复制将这些成分的基因传递到细胞后,TALE蛋白质发现其靶DNA并环绕它

当光照射在细胞上时,CRY2蛋白与CIB1结合,CIB1漂浮在细胞中CIB1携带基因激活剂,启动转录,或将DNA复制到mRNA中另外,CIB1可携带阻遏物,这会阻断过程单脉冲光足以刺激蛋白质结合并启动DNA复制研究人员发现光脉冲每分钟左右传递是实现连续转录所需时间的最有效方式在光传递30分钟内,研究人员检测到目标基因产生的mRNA量增加一旦脉冲停止,mRNA在大约30分钟内开始降解在这项研究中,研究人员试图在实验室和活体动物中生长的神经元中靶向近30种不同的基因

针对目标基因和正常表达的基因,研究人员能够将转录率提高2到200倍斯坦福大学生物工程学教授和光遗传学发明人之一Karl Deisseroth说,最重要的创新该技术的一部分是,它允许控制细胞中天然存在的基因,而不是科学家提供的工程基因 “你可以在特定的时间控制一个特定的遗传位点,看看一切都如何响应,具有很高的时间精度,”Deisseroth说,他不是研究团队的一部分表观遗传修饰基因表达控制的另一个重要元素是表观遗传修饰表观遗传效应子的一大类是蛋白质的化学修饰,称为组蛋白,锚定染色体DNA并控制对基础基因的获取研究人员表明,他们也可以通过将TALE蛋白与组蛋白修饰物融合来改变这些表观遗传修饰

表观遗传修饰是我认为这在学习和形成记忆方面发挥着关键作用,但这一点尚未得到很好的探索,因为没有好的方法来破坏修饰,缺乏对整个基因组的组蛋白修饰的阻断新技术提供了一种更加精确的方法

干扰个别基因的修饰“我们希望让人们证明因果关系在基因组中特定的表观遗传修饰,“张说到目前为止,研究人员已经证明,一些组蛋白效应结构域可以被束缚在光敏蛋白上;他们现在正在尝试扩展他们可以合并到系统中的组蛋白修饰物的类型“扩展我们可以控制的表观遗传标记的数量真的很有用

目前我们有一组成功的组蛋白修饰,但是有一个我们和其他人希望能够使用这项技术的更多内容,“Brigham说这项研究由Hubert Schoemaker奖学金资助;美国国立卫生研究院R01奖; NIH董事的先锋奖; Keck,McKnight,Vallee,Damon Runyon,Searle Scholars,Klingenstein和Simons基金会;和Bob Metcalfe和Jane Pauley出版:Silvana Konermann等,“光学控制哺乳动物内源性转录和表观遗传状态”,Nature(2013); doi:101038 / nature12466来源:麻省理工学院新闻办公室Anne Trafton图片:麻省理工学院新闻办公室转载麻省理工学院新闻办公室许可