Fattori di trascrizione più deboli sono migliori quando lavorano insieme — ScienceDaily

In uno studio pubblicato online in Cellulai bioingegneri della Rice University, della Boston University, della Harvard Medical School, del Dartmouth College e del Wyss Institute dell’Università di Harvard hanno dimostrato di poter quasi eliminare tali attivazioni geniche “fuori bersaglio” utilizzando un metodo che prende spunto dalla natura.

“Abbiamo reso i nostri fattori di trascrizione più deboli”, ha detto il co-autore senior Caleb Bashor, assistente professore di bioingegneria e bioscienze alla Rice che ha contribuito a condurre lo studio. “Poiché si legano in modo più debole nel complesso, le possibilità che il loro legame fuori bersaglio diminuisca quasi a zero.”

In generale, i bioingegneri si sono orientati verso la progettazione di fattori di trascrizione a legame forte per aiutare a garantire che i geni bersaglio si attivino quando dovrebbero. Mentre l’indebolimento dei fattori di trascrizione sembra controintuitivo, il gruppo di ricerca di Bashor ha collaborato per anni con il gruppo di Ahmad “Mo” Khalil della BU per costruire e testare strumenti che impiegano fattori di trascrizione più deboli facendoli lavorare in team.

“I fattori di trascrizione agiscono come ‘cablaggio’ nei circuiti genici collegando insieme l’espressione di diversi geni nel circuito”, ha detto Bashor.

I circuiti genici sono insiemi di geni che lavorano insieme per svolgere una funzione specifica. Ad esempio, nel lavoro precedente Bashor e colleghi hanno implementato circuiti che eseguivano la logica booleana programmabile, l’elaborazione del segnale, la conversione da analogico a digitale e altre attività complesse.

Ogni fattore di trascrizione attiva il suo specifico gene bersaglio legandosi con una particolare sequenza di DNA che attiva quel gene. I bioingegneri possono utilizzare un fattore di trascrizione per attivare un particolare elemento di un circuito genico, ad esempio, un altro per trasformare il suo output da basso ad alto e un altro ancora per disattivarlo.

Per garantire che i loro fattori di trascrizione indeboliti attivassero i loro geni bersaglio quando chiamati, Bashor, Khalil e colleghi hanno impiegato un fenomeno chiamato assemblaggio cooperativo. Nelle loro cellule, un fattore di trascrizione attiva il suo bersaglio solo fondendosi prima con uno o più altri fattori di trascrizione per formare un grande complesso proteico. Il complesso assemblato, comportandosi come una singola unità, attiva il gene bersaglio.

“Il nostro design li rende forti come gruppo, ma deboli da soli”, ha detto Bashor. “Garantisce che gli unici geni che possono riunirsi per attivare siano quelli nel circuito. Il risultato sono circuiti genici che funzionano normalmente ma sono anche ‘stabilizzati’ e rimangono nella cellula a lungo termine”.

Bashor ha affermato che l’uso da parte della natura di una strategia simile negli esseri umani e in altre forme di vita complesse è stata un’ispirazione per il progetto.

Per illustrare il potenziale del lavoro, ha utilizzato l’esempio delle terapie cellulari. In molti, il numero di cellule ingegnerizzate che un paziente riceve è di gran lunga inferiore al numero necessario per produrre un effetto terapeutico. Significa che il trattamento è efficace solo se le cellule ingegnerizzate prosperano, si riproducono e crescono in una popolazione abbastanza grande da contrarre la malattia.

“Qualsiasi onere imposto attraverso interazioni fuori bersaglio riduce le probabilità di successo”, ha affermato. “Il nostro approccio offre un insieme generalizzabile di regole che gli ingegneri possono utilizzare per isolare i circuiti genici dalla cellula ospite e mitigare i carichi fuori bersaglio”.

La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health (EB029483, EB027793), dalla National Science Foundation (2027045, 1921677), dall’Office of Naval Research (N00014-21-1-4006) e dal Department of Defense Vannevar Bush Faculty Fellowship ( N00014-20-1-2825).