湖南大學聶舟課題組Angew. Chem. Int. Ed.：轉肽酶的多肽邏輯門電路實現邏輯調控細胞凋亡

【引言】

生物計算作為一個信息處理工具在多參數傳感和生物醫學方面顯示巨大的潛力。目前，大量多樣的復雜生物邏輯系統發展起來，但是生物邏輯設備在操控細胞行為方面依然是一大挑戰。DNA作為邏輯門的構筑材料引起了廣泛關注，但是多肽邏輯門還處在起步階段，且氨基酸殘基具有多樣且復雜的化學性質，因此亟需開發一種通用型的多肽生物邏輯系統，實現智能調控細胞行為。

【成果簡介】

最近，湖南大學聶舟教授（通訊作者）課題組報道了一個新穎的多肽生物邏輯系統，通過利用轉肽酶A（Srt A）作為一種通用處理器來調節細胞功能行為。重要的是，通過模塊化的多肽設計，成功構建了復雜的功能邏輯器件，如多肽密碼鎖，實現邏輯調控細胞凋亡；此外，并建立了一套概念驗證的多肽調控電路實現分析細胞分泌蛋白生物標志物的表達及觸發特異性的細胞凋亡。該成果以“ Peptide Logic Circuits Based on Chemoenzymatic Ligation for Programmable Cell Apoptosis”發表在Angew. Chem. Int. Ed.頂級期刊上。

【圖文解讀】

示意圖1 細胞凋亡作為輸出信號多肽邏輯系統示意圖

示意圖1 細胞凋亡作為輸出信號的轉肽酶多肽生物運算示意圖

圖1 SrtA處理的多肽邏輯調節癌癥細胞凋亡的過程

(a) AND邏輯門示意圖。

(b) 激光共聚焦細胞成像圖。

(c) Annexin V-FITC (綠色)/PI(紅色) 雙染色法的流式細胞分析圖。

(d) caspase 3 激活的Hela細胞與輸入多肽共孵育之后的免疫印跡分析圖。

(e) 腫瘤尺寸變化圖、顯微鏡成像圖和熒光成像圖。

圖2 SrtA的多肽串聯邏輯調節癌癥細胞凋亡的過程

(a) 串聯邏輯門的三肽鍵盤鎖圖。

(b) 三輸入AND邏輯門的邏輯符號和細胞凋亡柱狀圖。

(c) 三位鍵盤鎖的細胞凋亡率的所有排列圖。

(d) 肽鍵盤鎖調控腫瘤凋亡的腫瘤尺寸、顯微鏡成像和熒光成像圖。

圖3 SrtA邏輯門裝置實現癌癥細胞識別和特異性調控細胞凋亡

(a) SrtA邏輯門設備的計算處理過程圖。

(b) Annexin V-FITC (綠色)/PI(紅色) 雙染色的四種癌細胞系（HepG2、ES、HSAS3、LO2）的激光共聚焦成像圖。

(c) 四種細胞與每個邏輯門多肽共孵育之后的細胞凋亡比熱圖。

【展望】

該工作首次構建了一種通用型、多功能模塊化的多肽邏輯系統，利用轉肽酶A構建多肽邏輯門實現細胞內功能的相互作用。通過模塊化的設計，明顯增強了多肽電路的復雜性和功能性，且這種概念驗證設備實現了細胞的識別和目標細胞的殺傷。這一策略為多肽生物計算系統的納米器件、細胞編程、疾病診斷和治療開辟了新的道路。

文獻鏈接：

Peptide?Logic?Circuits?Based?on?Chemoenzymatic?Ligation?for?Programmable?Cell?Apoptosis?(?Angew.?Chem.?Int.?Ed,?2017,?DOI:?10.1002/anie.201708327)

本文由材料人編輯部生物材料組鄧宏華供稿，材料牛編輯整理。

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