新型“化骨绵掌”——纳米级细胞蛋白质水平调控平台

　　莱斯大学的化学和生物分子工程师Laura Segatori师从双功能识别系统“NanoDeg”创始人Lara Pferdehirt博士（本科）和Wenting Zhao博士（研究生）。该系统允许操作者靶向细胞特定蛋白质，通过加速蛋白水解，控制靶蛋白翻译后的水平，严格调节它们的降解。

　　这种“即插即用”系统允许合成生物学家观察蛋白质表达水平对细胞生命特征影响，在细胞内环境中研究特定蛋白质功能。

　　开发

　　当研究人员在骆驼（以及后来的鲨鱼）体内发现这种单链抗体的一个功能臂可以定制靶向特定蛋白质后，考虑到它们还有体积小（小于大多数生物的自然抗体）、溶解性高、甚至可识别隐藏或中间体状态等特性，研究人员认为它们非常适合被细菌和其他细胞制造和修饰。

　　决定某一蛋白发生降解或部分降解的序列要素（degrons），即负责调节蛋白质降解速率的短序列也可被人工合成定制，从而调节靶蛋白至所需水平。

　　把这种抗体与degrons等要素合并后，一种强大的、可通用的细胞蛋白质调节平台NanoDegs应运而生。

　　“本质上，NanoDegs能靶向任何细胞蛋白。一旦携带着degron标签的纳米抗体与其伴侣绑定后，伴侣所在的整个复合体都将被水解。”

　　“过去，当人们想调节细胞中蛋白质数量时，通常考虑先调节DNA或RNA水平。但是NanoDegs平台直接着眼于蛋白质，可以靶向不同的后调节修饰，更重要的是，还能使研究人员全面控制降解速率和降解程度。”Segatori说。

　　验证

　　研究人员设计了一个表达GFP的合成基因电路，用于汇报细胞进程。然后让NanoDeg靶向GFP。“我们使用GFP是因为荧光报告值比较容易衡量，”Segatori说。“当纳米抗体识别GFP后，我们看到整个复合体被降解掉了。”

　　“如果你设计了一个在应激状态下GFP表达激活的遗传电路，细胞暴露在刺激物下GFP就被表达。但是当你把刺激物拿走，荧光信号的衰减并不一定如实反映刺激的衰减，它可能只是在反应GFP报告物的稳定性，”Segatori说。“因此，我们实际需要的是一个刺激状态下GFP表达激活，刺激结束后之前表达的GFP能被及时关闭的基因电路。让NanoDeg在准确的时机迅速降解GFP就能真实反映整条电路的工作情况。这增加了合成基因电路的灵敏度和动态分辨率。”