改造自然:两篇Cell同期报导人工感应分子的新进展
2016/02/02
加利福尼亚大学的Wendell Lim同期在Cell在线发表了两个合成生物学相关研究报告。科研人员报告说:他们合成了一种从细胞内部延伸到外部的新形式分子,在新的癌症疗法上进了一步。


称为合成生物学的范畴是关于改善自然,创造进化所没有的事物。加利福尼亚大学的Wendell Lim同期在Cell在线发表了两个相关研究报告。科研人员报告说:他们合成了一种从细胞内部延伸到外部的新形式分子,在新的癌症疗法上进了一步。

除了应用在癌症治疗的前景,研究表明,这种分子可能改造、转换一个细胞,让其在体内能够识别任何分子和打开任何基因的响应。

例如细胞会感应分子的损伤和打开刺激修复的基因。或者它们可能会感应到“癌症”的相关分子,并激活基因,让免疫系统杀死肿瘤细胞。它们甚至可能感应微小的人造支架的蛋白质,填充膀胱、肝脏或其他专门的细胞生成替代器官。

1
Notch分子的构造

“这听起来很神奇。”加利福尼亚大学的Wendell Lim说,“但是我们认为我们可以计划任何细胞来感受和激活我们选择的任何基因。”

根据报道Lim和他的团队制备了新版本的外蛋白分子。所谓的“Notch”,是让细胞知道它们的邻居是什么样的细胞表面受体。每个Notch分子是一个纳米版本的组桶式构件之一,在细胞膜外的一个手臂伸展向外,抓着桶状结构,其它的通过桶沿到达里面的胞内结构。Notch(一个受体),捕获细胞外的分子,然后传递信号进入细胞的细胞核,打开或关闭特定的基因。这就导致了比如血管和脑神经元的形成。

2
人造Notch分子的用途

Lim和他的同事们发现自然界中只有四种Notch分子。

因此他们在老鼠的细胞中创造了新的人造Notch分子,新的外部传感部件和新基因活化的部分。一些新的人造Notch感应常见于免疫系统的B细胞的分子,闪着亮绿色的荧光。其它小鼠细胞中的人造Notch蛋白感应相同的分子但会打开使细胞变成肌肉细胞的基因。


Lim说:“我们能构建Notch感应任何我们想要的分子信号并连接到几乎任何我们想要打开的基因。” 例如修复受损的组织,“你能将Notch蛋白设计为感应身体因为受伤而释放的蛋白,打开干细胞的基因使其分化成你想要的任何细胞。”也许是那些受损的心脏肌肉或撕裂的韧带组织。

Lim介绍,原则上科学家能设计Notch感应人造分子,包括那些研究人员利用构建器官的支架。他说:“这就有很多种可能性了。”

3
人造Notch和CAR-T的双效T细胞

在第二个研究中,研究人员为T细胞合成了新的Notch分子,将免疫系统吞噬和摧毁的能力转向摧毁癌细胞。这些细胞已经被证明,通过在T细胞表面产生能识别癌细胞的分子而成功地抵抗白血病。

问题是这些癌细胞的靶标有时也存在于健康细胞上,所以人工T细胞,即CAR-T也破坏健康细胞。目前,科学家还没能让CAR-T细胞吞噬固体肿瘤。

而这篇文章的研究人员制备了既有Notch 分子也有 CAR受体的T细胞来感应癌细胞上的分子。Notch识别肿瘤分子后,又启动基因让T细胞识别另一个不同的肿瘤细胞分子。当他们将这些人工细胞导入到小鼠的肿瘤部位,研究人员发现这些细胞吞噬肿瘤但保持了健康组织。


人工合成的Notch受体能够在相应/传导相应特定胞外信号中提供无比的灵活性。将这个发现用于癌症治疗仅仅是这几年的事,如果通过实验制备的Notch成功治疗疾病的话,那将显示合成生物学确实能对自然有所提高。

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