秀麗隱桿線蟲的遺傳開關

康斯坦茨大學的兩位研究人員首次利用基于RNA的誘導系統(tǒng)在秀麗隱桿線蟲體內進行基因開關，因此基因開關的研究和使用縮小了相當大的差距。這種新方法是由德國研究基金會(DFG)資助的康斯坦茨大學969合作研究中心的馬丁格默丁格博士(生物系)和約爾格哈迪格教授(化學系)聯(lián)合研究項目“細胞蛋白質抑制的化學和生物學原理”的一部分。通過分享他們在秀麗隱桿線蟲領域的專業(yè)知識，研究人員首次利用基于RNA的遺傳開關在動物模型中成功誘導基因，并開發(fā)了基于RNA的遺傳開關。它們可以進一步為亨廷頓氏病建立新的誘發(fā)疾病模型，為研究和應用開辟新的機會。

他們的論文《四環(huán)素依賴的核酶轉化允許在秀麗隱桿線蟲中有條件地誘導基因表達》于2017年1月30日發(fā)表在在線期刊《自然通訊》上。

秀麗隱桿線蟲廣泛應用于細胞和發(fā)育生物學研究，并被用作研究人類疾病的模型系統(tǒng)。這種研究動物模型特別受歡迎，因為它的解剖結構非常簡單，因為它的透明度允許活細胞顯微鏡檢查，并且因為它的許多基因在人類中進化上是保守的。CRC 969“Chemistry and Chemistry”研究合作的創(chuàng)始人、項目負責人馬丁加默丁格博士解釋說：“然而，我發(fā)現(xiàn)非常令人沮喪的是，我們沒有一個針對這種動物模型的誘導系統(tǒng)，可以讓我們隨意切換基因?？邓固勾拇髮W“細胞蛋白抑制的生物學原理”。由于rgHartig教授領導的核酸化學和合成生物學團隊的密切合作，線蟲動物模型。

Hartig教授的團隊，包括這篇論文的第一作者Lena Wurmthaler博士，研究了核酸的異常結構和特征，特別是催化活性核酶和所謂的核糖開關，它們可以用來打開或關閉單個基因。生物細胞中RNA(核糖核酸)的主要用途是將遺傳信息轉化為蛋白質；作為mRNA，它起著信息載體的作用。在mRNA分子中引入自切割核酶會導致mRNA的衰減，最終導致基因失活。然而，核酶活性——以及基因表達——可以由配體依賴型核酶控制。研究者的誘導系統(tǒng)是基于配體四環(huán)素，屬于抗生素類。四環(huán)素通過所謂的RNA適體與RNA分子結合，抑制核酶活性。這反過來穩(wěn)定了基因，然后將其轉化為蛋白質。因此，可以打開所需的基因?！靶禄蜷_關的神奇之處在于，它可以用于線蟲的所有發(fā)育階段，也就是說，直到現(xiàn)在都不可能跨越所有幼蟲階段和成年動物，”Lena Wurmthaler博士解釋道。這種新方法的主要優(yōu)點之一是不需要額外的調節(jié)蛋白來調節(jié)基因表達：打開這個基因所需要的只是將核酶與適體(適體或配體依賴的核酶)一起插入mRNA中，并喂入四環(huán)素。秀麗隱桿線蟲的Lena Wurmthaler:“我們只需要很少的編碼空間，不需要額外的表達蛋白因子。只需一步，我們就可以將任何感興趣的基因轉化為四環(huán)素誘導的基因。”

在博士研究人員Monika Sack和Karina Gense的支持下，Martin Gamerdinger和Lena Wurmthaler通過轉化紅色熒光蛋白mCherry在各種細胞類型的秀麗隱桿線蟲中的表達來驗證他們的新系統(tǒng)?！皳碛腥绱撕唵胃咝У恼T導系統(tǒng)是整個秀麗隱桿線蟲領域向前邁出的重要一步，”Gamerdinger總結道。兩位研究人員希望他們的新系統(tǒng)可以在各種環(huán)境下工作，尤其是在醫(yī)學研究中。通過成功激活編碼亨廷頓蛋白(Ht)的突變基因，并在人類中引起亨廷頓氏病(一種神經退行性疾病)，他們能夠建立并研究一種新的誘發(fā)疾病模型，作為他們研究的一部分。

與健康基因相反，研究中使用的亨廷頓基因變體編碼異常延長的聚谷氨酰胺序列。在他們的實驗中，兩名研究人員創(chuàng)建了一個特別具有攻擊性的疾病模型，其中包含109個連續(xù)的聚谷氨酰胺(Htt109Q)。顯然，四環(huán)素喂養(yǎng)的蠕蟲導致線蟲體內亨廷頓聚集增加，進而導致癱瘓，當特異性靶向神經元時，運動協(xié)調性嚴重喪失，記錄了誘導基因的神經毒性。利用這種方法，馬丁加默丁格和莉娜伍姆泰勒可以在秀麗隱桿線蟲中建立第一個亨廷頓氏病誘導模型。由于現(xiàn)在可以隨意誘導亨廷頓蛋白等毒性蛋白，未來有可能產生和研究基于劇毒蛋白的其他疾病模型。

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