https://doi.org/10.1038/s41589-025-01860-0
요약
- 유전자 발현 조절용 '고체 상태 응축체' 개발: 저자들은 세포 내 다양한 위치(핵, 세포질, 미토콘드리아 등)에 유전자 발현을 정밀하게 조절할 수 있는 화학 유도 기반 고체 응축체를 설계하였습니다. 기존의 액상 응축체에서 확장된 전략입니다.
- Grazoprevir 유도 단백질 상호작용 시스템 활용: NS3a(H1)-AG-LplA 단백질과 grazoprevir 반응성 도메인(ANR/GNCR)을 조합하여, 특정 신호에 따라 응축체의 위치와 기능을 전환할 수 있도록 프로그래밍하였습니다.
- CRISPR–Cas9, 전사, 번역 조절 가능: 이 시스템은 CRISPR 유도 유전자 발현, 전사 억제 또는 활성화, mRNA의 번역 조절에 모두 사용 가능하며, 특히 핵 내 pre-mRNA의 격리를 통한 번역 조절 전략은 새롭고 강력한 조절 수단임을 입증하였습니다.
- 고성능 조절 성능 확보: PB1 기반 핵 응축체는 최대 102배까지 유전자 발현을 조절할 수 있으며, 이는 기존의 CRISPRa 시스템보다도 높은 성능을 보여주었습니다. 이는 다양한 단백질 스캐폴드를 비교 실험을 통해 확인되었습니다.
- 모듈형 유전자 회로 설계에 기여: 본 연구는 범용적이고 플러그-앤-플레이 가능한 설계 원리를 제시하여, 화학적 자극에 따라 유전자 발현을 시공간적으로 조절할 수 있는 새로운 합성생물학 플랫폼을 제시하였습니다.
Abstract
Engineering of nuclear condensates with chemically inducible gene switches is highly desired but challenging for precise and on-demand regulation of mammalian gene expression. Here, we harness the phase-separation capability of biomolecular condensates and describe a versatile strategy to chemically program ligand-dependent gene expression at various stages of interest. By engineering synthetic anchor proteins capable of tethering various genetically encoded condensate structures toward different cellular compartments or gene products of interest, inducible regulation of transcriptional and translational activities was achieved at different endogenous and episomal loci using the same sets of anchor proteins and synthetic solid-state condensates. Using such a holistic condensate-based strategy, we not only achieved regulation performances comparing favorably to state-of-the-art strategies described for CRISPR–Cas9 activity and transcriptional silencing but further showed that chemically inducible retention of mRNA molecules into engineered condensate structures within the nucleus can become a remarkably efficient alternative for translational regulation.