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合成基因回路建立决定细胞命运的巨大潜力2024-05-16 08:36:57

2017年,Fussenegger等设计了一种合成谱系调控网络,利用香草酸剂量依赖性信号级联和基因开关来模拟体内胰腺发育过程中Ngn3(OFF-ON-OFF)、Pdx(ON-OFF-ON)和Maf(OFF-ON)的表达模式。该网络能调控这三种转录因子在hiPSC来源的胰腺祖细胞中正确地表达,并最终将祖细胞分化为葡萄糖敏感的胰岛β样细胞。与传统小分子混合物诱导的分化相比,这些胰腺β样细胞在葡萄糖刺激后表现出与人胰岛更相似的胰岛素释放动力学,表明使用合成基因回路建立决定细胞命运的巨大潜力。

此外,人工智能为评估、改进细胞分化策略提供了一个新的平台。例如,CellNet能够评估分化细胞与目标细胞之间基因调控网络的相似性,根据分化细胞和目标细胞基因调控网络的差异以及转录因子在该网络中的重要程度,挑选出需要优化的目的基因,这为细胞分化方案的改进提供了迭代优化的平台。合成生物学结合人工智能的“设计、合成、检验、学习”理念有望成为研究细胞分化的新范式。
 
细胞通讯在生长发育、免疫应答、组织器官的功能维持中都发挥重要作用。随着合成生物学的发展,多种细胞通讯系统应运而生。目前,使用最广泛的合成受体synNotch系统可用于操纵细胞接触介导的细胞间通讯。该系统由发送细胞和接收细胞构成,发送细胞表面表达特异性抗原作为配体,接收细胞表面表达相应的synNotch受体。基于天然Notch通路的信号传递机制,当发送细胞与接收细胞接触时,受体细胞的synNotch受体会识别相应的抗原,并介导细胞内转录因子结构域的切割,启动目的基因的表达。
 
出自《合成生物学在干细胞工程化改造中的研究进展》作者:蔡冰玉,谭象天,李伟。