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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路區(qū)室化結(jié)構(gòu)，并利用無細(xì)胞基因表達(dá)系統(tǒng)研究了基因線路區(qū)室化對級聯(lián)基因表達(dá)的影響。本研究中，模型基因線路由調(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)建了的基因線路區(qū)室化結(jié)構(gòu)。該基因線路區(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范圍內(nèi)，使表達(dá)合成的調(diào)控蛋白RNA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)級聯(lián)基因表達(dá)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基因線路區(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，縮短了級聯(lián)基因表達(dá)的反饋時(shí)間。另外，這種基因線路區(qū)室化效應(yīng)具有基因濃度依賴性：相比于高基因濃度，基因線路區(qū)室化結(jié)構(gòu)在相對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路區(qū)室化提供了一個(gè)簡化的模型，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)成果已申請中國發(fā)明專利。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)建的基因線路區(qū)室化結(jié)構(gòu)。

a) 模型基因線路包含調(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范圍內(nèi)，為無細(xì)胞級聯(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

仰大勇教授簡介

仰大勇 博士，天津大學(xué)化工學(xué)院教授、院長助理，入選國家級海外人才計(jì)劃、國家優(yōu)青、天津市杰青?，F(xiàn)任天津大學(xué)校學(xué)術(shù)委員會委員、中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會納米醫(yī)學(xué)與工程分會委員。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：http://yanglab-dna.com/