牛津团队成果：利用光脱笼核酸实现对无细胞翻译系统的精确调控

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分享： 2023/04/25 09:53:11

导读：无细胞表达是指通过天然或合成DNA的体外转录和翻译实现RNA或蛋白质合成的技术，在高通量药物筛选和生物过程分析等研究中有重要的应用。然而，目前缺乏一种能有效控制CFE系统的手段阻碍了该技术的推广。

　　大家好，本周为大家分享一篇发表在J. Am. Chem. Soc.上的文章Precise, Orthogonal Remote-Control of Cell-Free Systems Using Photocaged Nucleic Acids，通讯作者是来自牛津大学的Michael Booth，他的课题组专注于核酸相关生物技术的开发。

　　无细胞表达(CFE)是指通过天然或合成DNA的体外转录和翻译实现RNA或蛋白质合成的技术，在高通量药物筛选和生物过程分析等研究中有重要的应用。然而，目前缺乏一种能有效控制CFE系统的手段，阻碍了该技术的进一步推广。在本文中，作者通过引入光脱笼核酸实现了对CFE系统的光控开启与关闭。

　　反义寡核苷酸(ASOs)是一类短DNA序列，可以在RNase H的存在下选择性降解目标mRNA。为了实现对ASOs活性的光化学控制，作者在其序列的若干个T碱基上进行化学衍生，通过UV切割linker连接上生物素，并与单价链霉亲和素孵育形成复合物。由于生物素与链霉亲和素这个体积巨大的复合物存在，ASO无法与底物产生有效结合，只有在光脱除后才会激活。

　　首先，作者设计了三条靶向mVenus的mRNA的ASO序列，它们都在不同位置有3个T碱基被光脱笼类似物取代。在UV或蓝光照射下，这些ASO都能脱去生物素片段，而凝胶电泳实验也证明只有光脱笼后它们才能有效切割mVenus的mRNA。在经过了进一步设计上的优化后，作者将改良的ASO uvLA-V3加到商用的CFE试剂盒中以测试其对于蛋白表达的控制效果。实验表明，在UV照射下uvLA-V3能够抑制接近90%的蛋白表达。

　　作者此前根据相同的思路开发过光激活CFE系统的技术，简而言之，就是将目标蛋白mRNA上游的T7启动子用蓝光切割linker连接上几个生物素，通过空间排斥阻碍mRNA转录，从而使得目标蛋白在蓝光照射后才能启动表达。考虑到这两个蓝光切割和UV切割linker的正交性，作者尝试将二者相结合，得到一个双向控制的蓝光-ON/UV-OFF开关，并成功在CFE系统中实现了蛋白表达的激活与抑制。