哺乳類の遺伝子発現とシグナル伝達の多色の制御

哺乳類の合成生物学の出現と未来は、予測可能な方法で補完的な遺伝子発現とシグナル伝達プロセスを調整し、カスタマイズする技術に依存します。ここでは、異なる波長に反応して単一の細胞培養で最大3つの遺伝子を示差的に誘導することにより、哺乳類細胞で初めて多色の発現制御を実証します。この目的のために、シロイヌナズナのThaliana UVB受容体UVR8およびCOP1のWD40ドメインに基づいてUVB応答性分割転写因子を設計することにより、紫外線B（UVB）誘導性発現システムを開発しました。このシステムは、ヒト、モンキー、ハムスター、マウス細胞における高（最大800倍）UVB誘導遺伝子発現を許可しました。定量的モデルに基づいて、重要なシステムパラメーターを決定しました。このUVB応答系と青色および赤の光誘導性遺伝子制御技術と組み合わせることにより、哺乳類細胞の単一の細胞培養で3つの遺伝子を差次的に発現させることにより、多染色の多遺伝子コントロールを実証し、このシステムを多系に適用します。血管新生シグナル伝達プロセスの色制御。この光遺伝学的ツールのポートフォリオにより、将来の研究および生物医学的アプリケーションのために比類のない時空の精度を示す合成生物学的ネットワークの設計と実装が可能になります。

The emergence and future of mammalian synthetic biology depends on technologies for orchestrating and custom tailoring complementary gene expression and signaling processes in a predictable manner. Here, we demonstrate for the first time multi-chromatic expression control in mammalian cells by differentially inducing up to three genes in a single cell culture in response to light of different wavelengths. To this end, we developed an ultraviolet B (UVB)-inducible expression system by designing a UVB-responsive split transcription factor based on the Arabidopsis thaliana UVB receptor UVR8 and the WD40 domain of COP1. The system allowed high (up to 800-fold) UVB-induced gene expression in human, monkey, hamster and mouse cells. Based on a quantitative model, we determined critical system parameters. By combining this UVB-responsive system with blue and red light-inducible gene control technology, we demonstrate multi-chromatic multi-gene control by differentially expressing three genes in a single cell culture in mammalian cells, and we apply this system for the multi-chromatic control of angiogenic signaling processes. This portfolio of optogenetic tools enables the design and implementation of synthetic biological networks showing unmatched spatiotemporal precision for future research and biomedical applications.