Nat Chem Biol:利用轉錄因子誘餌激活沉默的生物合成基因簇

2020-12-05 生物谷

2019年1月6日/

生物谷

BIOON/---在一項新的研究中，來自美國伊利諾伊大學的研究人員在鏈黴菌中引誘抑制沉默基因表達的阻遏分子離開，從而成功地揭示出幾個大型的處於沉默狀態的基因簇產生新的天然產物。相關研究結果於2018年12月31日在線發表在Nature Chemical Biology期刊上，論文標題為「Activation of silent biosynthetic gene clusters using transcription factor decoys」。論文通訊作者為伊利諾伊大學化學與生物分子工程教授Huimin Zhao博士。

鑑於許多

抗生素

、抗癌藥物和其他藥物來源於鏈黴菌中易於表達的基因，這些研究人員希望，之前未在實驗室中表達過的基因將會在尋找新的抗菌藥中產生新的候選物。

Zhao說，「有很多未被發現的天然產物在基因組中沒有表達出來。我們認為它們是細胞的暗物質。抗菌劑耐藥性已成為一項全球性挑戰，因此顯然迫切需要有助於發現新型天然產物的工具。在這項研究中，我們通過激活以前未曾探索過的沉默基因簇來發現新的化合物。」

這些研究人員之前展示了一種使用CRISPR技術激活小型的沉默基因簇的技術。然而，大型的沉默基因簇仍然難以激活。這些較大的基因簇讓Zhao團隊非常感興趣，這是因為其中的許多基因具有的序列與編碼現存的

抗生素

（比如四環素）的基因序列存在類似性。

圖片來自Nature Chemical Biology, doi:10.1038/s41589-018-0187-0。

為了激活最感興趣的大型沉默基因簇，Zhao團隊構建了他們想要表達的DNA片段的克隆，並將它們注入到鏈黴菌中，以便希望能夠引誘阻止基因表達的阻遏分子離開。他們稱這些克隆為轉錄因子誘餌（transcription factor decoy）。

Zhao說，「其他人出於治療目的已在哺乳動物細胞中使用了這種類似的誘餌，但是我們在這項研究中首次發現它能夠通過激活

細菌

中的沉默基因來用於藥物發現。」

為了證實它們編碼的分子確實發生表達，這些研究人員首先在兩個已知合成天然產物的基因簇上測試了這種誘餌方法。接下來，他們為之前未探索過的8個沉默基因簇構建了轉錄因子誘餌。在接受這種轉錄因子誘餌注射的鏈黴菌中，目標沉默基因確實表達了，而且他們收穫了它們產生的新的天然產物。

Zhao說，「我們觀察到這種方法非常適用於靶向通過其他的方法很難靶向的大型沉默基因簇。它的優點還在於它並不幹擾

細菌

基因組；它僅是將阻礙分子拉走。隨後，這些沉默基因從天然的DNA中自然地進行表達。」

在尋找候選藥物時，每種天然產物需要被分離出來，隨後對它們進行研究以便確定它們的作用。在產生的8種新的天然產物分子中，這些研究人員純化並確定了兩種分子的結構，並在這項研究中詳細地描述了其中的一種分子---一種新型的惡唑，其中惡唑是一類常用於藥物中的分子。

這些研究人員接下來計劃描述這8種化合物中的剩下7種化合物的特徵，並通過使用多種檢測方法來確定它們是否具有抗細菌活性、抗真菌活性、抗癌活性或其他的生物活性。他們還計劃利用這種誘餌技術探究鏈黴菌、其他

細菌

和真菌中更多的感興趣的處於沉默狀態的生物合成基因簇，以便尋找更多未被發現的天然產物。Zhao說，歡迎其他研究團隊將這種技術用於他們正在探究的基因簇中。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：Bin Wang et al, Activation of silent biosynthetic gene clusters using transcription factor decoys, Nature Chemical Biology (2018). DOI: 10.1038/s41589-018-0187-0.

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