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近期，天津大學(xué)化工學(xué)院仰大勇教授課題組通過(guò)在金納米顆粒上共同錨定兩段在功能上具有關(guān)聯(lián)性的基因，構(gòu)建了納米界面上的基因線(xiàn)路區(qū)室化結(jié)構(gòu)，并利用無(wú)細(xì)胞基因表達(dá)系統(tǒng)研究了基因線(xiàn)路區(qū)室化對(duì)級(jí)聯(lián)基因表達(dá)的影響。本研究中，模型基因線(xiàn)路由調(diào)控蛋白T7 RNA聚合酶基因和報(bào)告蛋白增強(qiáng)型綠色熒光蛋白基因組成。采用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）在兩種基因的一端各組裝了一個(gè)帶有兩個(gè)巰基修飾的枝狀支架，并通過(guò)金硫鍵將兩種基因共同錨定在金納米顆粒表面，在納米界面上構(gòu)建了的基因線(xiàn)路區(qū)室化結(jié)構(gòu)。該基因線(xiàn)路區(qū)室化結(jié)構(gòu)將調(diào)控蛋白基因和報(bào)告蛋白基因之間的物理距離拉近在納米級(jí)范圍內(nèi)，使表達(dá)合成的調(diào)控蛋白R(shí)NA聚合酶主要分布在區(qū)室區(qū)域，并快速穿梭到鄰近的報(bào)告蛋白基因上，從而促進(jìn)級(jí)聯(lián)基因表達(dá)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基因線(xiàn)路區(qū)室化結(jié)構(gòu)提高了報(bào)告蛋白的產(chǎn)率和初始表達(dá)率，縮短了級(jí)聯(lián)基因表達(dá)的反饋時(shí)間。另外，這種基因線(xiàn)路區(qū)室化效應(yīng)具有基因濃度依賴(lài)性：相比于高基因濃度，基因線(xiàn)路區(qū)室化結(jié)構(gòu)在相對(duì)較低基因濃度下更能發(fā)揮空間區(qū)室效應(yīng)，顯著提高級(jí)聯(lián)基因表達(dá)效率。該工作不僅為構(gòu)建納米界面上基因線(xiàn)路區(qū)室化提供了一個(gè)簡(jiǎn)化的模型，更為了解細(xì)胞構(gòu)筑與功能之間的關(guān)系提供重要啟示。

研究結(jié)果發(fā)表于Journal of the American Chemical Society 上，相關(guān)成果已申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利。天津大學(xué)化工學(xué)院博士研究生郭小翠和李鳳副教授為共同第一作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金的資助支持。

圖1. 在金納米顆粒表面構(gòu)建的基因線(xiàn)路區(qū)室化結(jié)構(gòu)。

a) 模型基因線(xiàn)路包含調(diào)控蛋白T7 RNA聚合酶基因和報(bào)告蛋白增強(qiáng)型綠色熒光蛋白基因。b) 利用PCR在兩種基因的一端各組裝一個(gè)帶有兩個(gè)巰基修飾的枝狀支架。c) 納米界面上的基因線(xiàn)路區(qū)室化結(jié)構(gòu)將調(diào)控蛋白基因和報(bào)告蛋白的之間的空間距離拉近在納米級(jí)范圍內(nèi)，為無(wú)細(xì)胞級(jí)聯(lián)基因表達(dá)提供了區(qū)室化。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11407

仰大勇教授簡(jiǎn)介

仰大勇 博士，天津大學(xué)化工學(xué)院教授、院長(zhǎng)助理，入選國(guó)家級(jí)海外人才計(jì)劃、國(guó)家優(yōu)青、天津市杰青?，F(xiàn)任天津大學(xué)校學(xué)術(shù)委員會(huì)委員、中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)納米醫(yī)學(xué)與工程分會(huì)委員。課題組研究方向是材料化學(xué)與生物醫(yī)學(xué)的交叉領(lǐng)域，聚焦DNA合成與智能制造，利用材料化學(xué)的手段理解生命系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制，探索重大疾病的診斷治療新途徑。

課題組主頁(yè)：http://yanglab-dna.com/