湖南大学聂舟课题组Angew. Chem. Int. Ed.：转肽酶的多肽逻辑门电路实现逻辑调控细胞凋亡

【引言】

生物计算作为一个信息处理工具在多参数传感和生物医学方面显示巨大的潜力。目前，大量多样的复杂生物逻辑系统发展起来，但是生物逻辑设备在操控细胞行为方面依然是一大挑战。DNA作为逻辑门的构筑材料引起了广泛关注，但是多肽逻辑门还处在起步阶段，且氨基酸残基具有多样且复杂的化学性质，因此亟需开发一种通用型的多肽生物逻辑系统，实现智能调控细胞行为。

【成果简介】

最近，湖南大学聂舟教授（通讯作者）课题组报道了一个新颖的多肽生物逻辑系统，通过利用转肽酶A（Srt A）作为一种通用处理器来调节细胞功能行为。重要的是，通过模块化的多肽设计，成功构建了复杂的功能逻辑器件，如多肽密码锁，实现逻辑调控细胞凋亡；此外，并建立了一套概念验证的多肽调控电路实现分析细胞分泌蛋白生物标志物的表达及触发特异性的细胞凋亡。该成果以“ Peptide Logic Circuits Based on Chemoenzymatic Ligation for Programmable Cell Apoptosis”发表在Angew. Chem. Int. Ed.顶级期刊上。

【图文解读】

示意图1 细胞凋亡作为输出信号多肽逻辑系统示意图

示意图1 细胞凋亡作为输出信号的转肽酶多肽生物运算示意图

图1 SrtA处理的多肽逻辑调节癌症细胞凋亡的过程

(a) AND逻辑门示意图。

(b) 激光共聚焦细胞成像图。

(c) Annexin V-FITC (绿色)/PI(红色) 双染色法的流式细胞分析图。

(d) caspase 3 激活的Hela细胞与输入多肽共孵育之后的免疫印迹分析图。

(e) 肿瘤尺寸变化图、显微镜成像图和荧光成像图。

图2 SrtA的多肽串联逻辑调节癌症细胞凋亡的过程

(a) 串联逻辑门的三肽键盘锁图。

(b) 三输入AND逻辑门的逻辑符号和细胞凋亡柱状图。

(c) 三位键盘锁的细胞凋亡率的所有排列图。

(d) 肽键盘锁调控肿瘤凋亡的肿瘤尺寸、显微镜成像和荧光成像图。

图3 SrtA逻辑门装置实现癌症细胞识别和特异性调控细胞凋亡

(a) SrtA逻辑门设备的计算处理过程图。

(b) Annexin V-FITC (绿色)/PI(红色) 双染色的四种癌细胞系（HepG2、ES、HSAS3、LO2）的激光共聚焦成像图。

(c) 四种细胞与每个逻辑门多肽共孵育之后的细胞凋亡比热图。

【展望】

该工作首次构建了一种通用型、多功能模块化的多肽逻辑系统，利用转肽酶A构建多肽逻辑门实现细胞内功能的相互作用。通过模块化的设计，明显增强了多肽电路的复杂性和功能性，且这种概念验证设备实现了细胞的识别和目标细胞的杀伤。这一策略为多肽生物计算系统的纳米器件、细胞编程、疾病诊断和治疗开辟了新的道路。

文献链接：

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

本文由材料人编辑部生物材料组邓宏华供稿，材料牛编辑整理。

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