通过使用单抗体，HirohideSaito教授(生命科学前沿系)及其研究团队ShodaiKomatsu和助理教授HirohisaOhno开发了一种新颖的系统来控制基因表达以响应细胞内的任何目标分子，并且他们已经用它来设计各种合成生物电路，包括一种用于细胞特异性基因组编辑的电路。

使用单抗体作为构建生物电路的新工具

该论文发表在《自然通讯》杂志上。

为了使细胞正常发挥作用并适应内部和外部环境的变化，需要不断地感知变化并对其做出适当的反应。例如，细胞已经进化出广泛的转录(即DNA→RNA)、翻译(即RNA→蛋白质)，甚至翻译后(即蛋白质修饰，例如磷酸化，或在特定位置添加磷酸基团)蛋白质)调节机制来检测营养和代谢物水平的变化，以适当调节营养吸收、代谢和废物代谢物去除。

另一个例子是我们体内的免疫细胞不断尝试感知外来DNA或RNA作为入侵生物体的迹象，并打开某些基因以启动针对潜在威胁的适当防御反应。

在合成生物学中，科学家们利用天然转录和翻译调节因子来定制生物电路，以理想的方式控制细胞功能。随着我们进入生物工程和再生医学的新时代，对构建生物电路的新方法的需求比以往任何时候都更大。

在他们最近的研究中，Saito和他的团队借鉴了大自然的指导手册，巧妙地应用了抗体、高度进化的蛋白质，能够结合广泛的目标，如DNA、RNA、蛋白质和基本上任何小分子，来检测特定分子作为输入，控制转基因转录作为输出。

具体来说，大多数哺乳动物的抗体都含有可变区，即由重链和轻链形成的三维结构，以高亲和力结合特定底物(靶标)。研究人员认识到，当目标分子存在于细胞内时，它将分别与重链和轻链相互作用，有效地将它们拉近。

因此，他们将已知与特定靶分子相互作用的抗体的可变区(重链和轻链分开)连接到分裂T7RNA聚合酶(RNAP)的两个部分上，RNAP是一种蛋白质，设计用于在靠近时自发重新组装并转录来自T7RNA聚合酶的RNA。人工DNA转基因，驱动报告基因的表达，作为输出以发出阳性目标分子检测信号。

在这项研究中，研究人员揭示了他们所谓的靶标依赖性RNAP(TdRNAP)系统的能力和灵活性，该系统可以感知各种靶分子，包括来自酵母转录因子GCN4的抗原肽、FLAG肽、增强的绿色荧光通过简单地在不同的可变区序列之间切换来进行目标检测，即可检测到蛋白质(EGFP)、丙型肝炎病毒(HCV)的特定RNA序列和荧光小分子荧光素。

此外，通过将不同的RNAP变体组合到系统中，他们还展示了用于信号放大或正交信号转导的多层生物电路的创建。除了简单地使用该TdRNAP系统进行靶分子检测外，研究团队还展示了其在细胞特异性基因组编辑中的应用，即利用该系统诱导引导RNA(gRNA)表达，从而触发CRISPR/Cas9介导的转基因删除。整合到实验细胞系的基因组中。

研究小组认为，他们的新TdRNAP系统是构建生物电路以检测各种细胞内分子和控制细胞功能的宝贵新工具。该系统有望在提高未来基因和细胞疗法的功效和安全性方面具有潜在的应用前景。