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科学家通过遗传工程改造酵母 以提高对细胞如何工作的理解

发布时间:2019-06-05 14:02:03 来源:

研究人员通过重写酵母细胞内的DNA来控制它们对环境的反应,从而“微调”了一种主要的细胞信号传导机制。

该研究由Cell今天发布,具有直接的生物技术用途,但也可能对医疗保健研究产生更广泛的影响。希望能够改变细胞反应的方式将有助于科学家了解患病细胞的功能,并导致修饰细胞用于治疗患者。

来自剑桥大学和伦敦帝国理工学院的学者与阿斯利康合作,利用数学建模和基因工程来编辑酵母细胞,帮助科学家控制细胞的感知,以及他们如何以更理想的方式对感知产生反应。

选择酵母是因为它与人体细胞具有关键特征 - 最重要的是,它可以使用G蛋白偶联受体(GPCR)感知其环境。

剑桥大学药理学系讲师兼圣约翰学院研究员Graham Ladds博士说:“酵母被用作了解人类发生情况的机制。我们使用数学建模和遗传修饰来编辑细胞并重新调整应该做出的回应。“

GPCR是使细胞能够感知其环境中的化学物质如激素,毒物和药物的受体。细胞读取它们的环境并感知激素水平,如肾上腺素,血清素,组胺和多巴胺。它们还可以作为光,气味和味道的感受器,一些位于舌头上,给我们的味觉。

我们体内有大约800种不同的GPCR,大约一半的药物使用这些受体 - 包括β受体阻滞剂,抗组胺药和各种精神药物。但是关于GPCR信号如何工作还不够。

研究人员面临的困难之一是DNA变异可能对信号网络产生影响,并确定部分DNA如何影响这一点是一项重大挑战。

剑桥团队创建了一个酵母细胞的数学模型,该模型具有不同浓度的不同细胞成分,并找到了每个细胞成分最有效信号的最佳水平。然后,伦敦帝国理工学院的一组研究人员利用这些知识对细胞进行遗传修饰。

伦敦帝国理工学院生物工程系论文的第一作者,研究员William Shaw博士解释说:“这使我们能够准确理解我们如何通过遗传工程改造细胞,以便它能够以一种方式感知我们想要的东西。我们有控制权。

“在计算结果的指导下,我们创造了一种高度修饰的酵母菌株,消除了GPCR信号通路中的所有非必需相互作用。通过改变模型中鉴定的关键组分水平,我们能够可预测地改变细胞的方式。回应了他们的环境。“

来自伦敦帝国理工学院生物工程系的汤姆埃利斯博士和该论文的资深作者补充说:“我们学到了关于为什么细胞对相同浓度的相同分子有不同反应的重要原则。如果DNA序列的变异决定了关键组件级别,这可以改变一切。“

AstraZeneca的Hit Discovery主任Mark Wigglesworth博士说:“GPCR对于健康细胞系统的功能至关重要,它们仍然是人类医学中最具针对性的蛋白质之一。希望增加我们对这些蛋白质的理解将导致未来更多的创新药物。“

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