Novel protein switches for biosensi

Novel protein switches for biosensing and bioactivity regulation

Some natural protein domains sense specific input signals to make conformational changes, which inspired researchers to devise novel protein switches that can act as biosensors or regulators. One strategy of building such switches is based on the phenomenon of allostery, in which the conformational changes at a remote regulatory site can be propagated through to the active site, thus modulating bioactivity in either a negative or positive fashion. A proof-of-principle protein switch was created by Guntas and Ostermeier (2004), which made advantage of two allosteric enzymes with prerequisite effector-binding and catalytic functionalities. TEM-1 BLA was randomly inserted into MBP to create a library of approximately 20,000 fusions. After screening the bifunctional library members, they identified two switch proteins whose BLA activity could be modulated by the presence of maltose, and one of them displayed a 70% increase in kcat and an 80% increase in kcat/Km. Similarly, Meister and Joshi (2013) developed a switch by inserting the calmodulin domain (CaM) into BLA, taking advantage of the ability of CaM to change its conformation upon binding to peptide and ligands. The resulting allosteric enzyme showed an up to 120-fold increase in catalytic activity of the activated state compared with the inactive state. A more sophisticated example is the construction of proTeOn and proTeOff systems for controlling target gene expression in Escherichia coli as described by Volzing et al. (2011). Two protein devices that have switch-like features were built by fusing an inducible DNA-binding protein domain TetR (the tetracycline repressor) or rTetR (reverse-TetR) with the lux operon's transcription activation domain LuxR∆N (N-terminal truncation mutant of LuxR) ( Fig. 3b). In the proTeOn device, rTetR is unable to bind to the tetO operator in the absence of the inducer, anhydrotetracycline (aTc). Upon activation with aTc, rTetR undergoes a conformational change and binds tetO, allowing the fused LuxR∆N to bind the nearby luxbox sequence and thus upregulate the downstream gfp transcription. On the contrary, the proTeOff device involving TetR that behaves inversely from rTetR activates gfp expression only in the absence of aTc. As illustrated in this example, gene expression can be switched ON and OFF depending on the presence or absence of the inducer.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

โปรตีนนวนิยายสวิตช์สำหรับควบคุม biosensing และทางชีวภาพบางโดเมนโปรตีนธรรมชาติรู้สึกเฉพาะสัญญาณการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง ซึ่งแรงบันดาลใจนักวิจัยประดิษฐ์สวิตช์นวนิยายโปรตีนที่สามารถทำหน้าที่เป็น biosensors หรือหน่วยงานกำกับดูแล กลยุทธ์หนึ่งของการสร้างสวิตช์ดังกล่าวเป็นไปตามปรากฏการณ์ของ allostery ซึ่งการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่ไซต์บังคับระยะไกลสามารถสามารถแพร่กระจายผ่านไปไซต์ใช้งาน จึง ปรับทางชีวภาพในแฟชั่นอย่างใดอย่างหนึ่ง โปรตีนหลักจากหลักฐานของการสวิตช์ที่สร้าง โดย Guntas และ Ostermeier (2004), ซึ่งทำให้ประโยชน์ของเอนไซม์ allosteric สองกับฟังก์ชันฟเฟกผูก และปัจจัยที่กำหนดเบื้องต้น BLA TEM-1 ถูกสุ่มแทรก MBP เพื่อสร้างไลบรารีของบางกว่าประมาณ 20,000 หลังจากที่พวกเขาคัดกรองสมาชิกห้องสมุด bifunctional ระบุโปรตีนสลับสองกิจกรรม BLA ที่ไม่สันทัด โดยการปรากฏตัวของ maltose และหนึ่งของพวกเขาแสดงการเพิ่มขึ้น 70% kcat และการเพิ่มขึ้น 80% kcat/กม. ในทำนองเดียวกัน ผู้เชียวชาญและปราสาท (2013) พัฒนาสวิตช์ โดยใส่โดเมน calmodulin (CaM) ลงใน BLA ประโยชน์ของความสามารถของกล้องในการเปลี่ยนแปลงของโครงสร้างเมื่อผูกเปปไทด์และ ligands เอนไซม์นี้ allosteric ผลแสดงให้เห็นว่าเพิ่มขึ้นถึง 120-fold ในกิจกรรมเร่งปฏิกิริยาสถานะเปิดใช้งานเมื่อเทียบกับสถานะงาน ตัวอย่างที่ซับซ้อนมากขึ้นคือ การก่อสร้างระบบ proTeOn และ proTeOff สำหรับควบคุมการแสดงออกของยีนเป้าหมาย Escherichia coli ตามที่อธิบายไว้โดย Volzing et al. (2011) โปรตีนสองอุปกรณ์ที่มีสวิตช์ต่าง ๆ ถูกสร้างขึ้นโดยโดเมนที่โปรตีนดีเอ็นเอผูกที่ inducible TetR (repressor เตตราไซคลีน) หรือ rTetR (TetR ย้อนกลับ) กับของ lux operon ถอดรหัสเปิดใช้งานโดเมน LuxR∆N (ขั้ว N mutant truncation ของ LuxR) (รูปที่ 3b) ในอุปกรณ์ proTeOn, rTetR ไม่สามารถผูกกับผู้ประกอบการ tetO ขาด inducer ตามลำดับ anhydrotetracycline (aTc) เมื่อเปิดใช้กับ aTc, rTetR ผ่านการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง และผูก tetO ให้ LuxR∆N หลอมการผูก luxbox ใกล้เคียงลำดับ และ upregulate ถอด gfp ปลายน้ำ การ์ตูน อุปกรณ์ proTeOff ที่เกี่ยวข้องกับ TetR ที่ปฏิบัติตรงกันข้ามจาก rTetR เรียกใช้นิพจน์ gfp เท่าในกรณีของ aTc ดังที่แสดงในตัวอย่างนี้ การแสดงออกของยีนจะสามารถสลับเปิดและปิดขึ้นอยู่กับการมีหรือไม่ที่ inducer ตามลำดับ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

สวิทช์โปรตีนนวนิยายสำหรับ biosensing และฤทธิ์ทางชีวภาพระเบียบ

บางโดเมนโปรตีนธรรมชาติรู้สึกสัญญาณที่เฉพาะเจาะจงที่จะทำการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างซึ่งเป็นแรงบันดาลใจให้นักวิจัยเพื่อประดิษฐ์สวิทช์โปรตีนใหม่ที่สามารถทำหน้าที่เป็นหน่วยงานกำกับดูแลหรือไบโอเซนเซอร์ กลยุทธ์หนึ่งในการสร้างสวิทช์ดังกล่าวจะขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของ allostery ซึ่งในการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในการกำกับดูแลเว็บไซต์ระยะไกลสามารถแพร่กระจายผ่านไปยังเว็บไซต์ที่ใช้งานอยู่จึงเลตทางชีวภาพทั้งในแฟชั่นลบหรือบวก สวิทช์โปรตีนหลักฐานของหลักการถูกสร้างขึ้นโดย Guntas และ Ostermeier (2004) ซึ่งทำให้ได้เปรียบของทั้งสองเอนไซม์ allosteric กับสิ่งที่จำเป็น effector ผูกพันและการเร่งปฏิกิริยาฟังก์ชัน TEM-1 BLA ถูกแทรกสุ่มเป็น MBP เพื่อสร้างห้องสมุดประมาณ 20,000 fusions หลังจากการตรวจคัดกรองสมาชิกห้องสมุด bifunctional พวกเขาระบุสองโปรตีนสวิทช์ที่มีกิจกรรม BLA อาจจะ modulated โดยการปรากฏตัวของมอลโตสและหนึ่งของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มขึ้น 70% ใน kcat และเพิ่มขึ้น 80% ใน kcat / กิโลเมตร ในทำนองเดียวกัน Meister และ Joshi (2013) การพัฒนาสวิทช์โดยการใส่โดเมน calmodulin นี้ (CAM) ลง BLA, การใช้ประโยชน์จากความสามารถของ CAM ในการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของตนเมื่อผูกพันกับเปปไทด์และแกนด์ เอนไซม์ allosteric ที่เกิดขึ้นแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มขึ้น 120 เท่าในการเร่งปฏิกิริยาของรัฐเปิดใช้งานเมื่อเทียบกับรัฐไม่ได้ใช้งาน ตัวอย่างที่มีความซับซ้อนมากขึ้นคือการก่อสร้าง proTeOn และ proTeOff ระบบในการควบคุมการแสดงออกของยีนเป้าหมายใน Escherichia coli ตามที่อธิบาย Volzing et al, (2011) อุปกรณ์ทั้งสองโปรตีนที่มีคุณสมบัติที่สวิทช์เหมือนถูกสร้างขึ้นโดยการหลอมรวม inducible ดีเอ็นเอผูกพัน tetr โดเมนโปรตีน (คนอดกลั้น tetracycline) หรือ rTetR (ย้อนกลับ tetr) ที่มีการเปิดใช้งานโดเมนถอดความ operon ลักซ์ของLuxRΔN (N-ขั้วกลายพันธุ์ตัด LuxR) (รูป. 3b) ในอุปกรณ์ proTeOn, rTetR ไม่สามารถเชื่อมโยงกับผู้ประกอบการ teto ในกรณีที่ไม่มีการชักนำให้ anhydrotetracycline นี้ (ATC) เมื่อเปิดใช้งานกับ ATC, rTetR ผ่านการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและผูก teto ปล่อยLuxRΔNหลอมรวมการผูกลำดับ luxbox อยู่บริเวณใกล้เคียงและทำให้ upregulate ถอดความ GFP ปลายน้ำ ในทางตรงกันข้ามอุปกรณ์ proTeOff ที่เกี่ยวข้องกับการทำงาน tetr ที่ผกผันจาก rTetR ป็นการแสดงออก GFP เฉพาะในกรณีที่ไม่มี ATC ดังแสดงในตัวอย่างนี้การแสดงออกของยีนที่สามารถเปิดและปิดขึ้นอยู่กับการมีหรือไม่มีการชักนำ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

สวิตช์โปรตีนใหม่สำหรับ biosensing และการควบคุมทางชีวภาพโปรตีนธรรมชาติโดเมนบางความรู้สึกเฉพาะสัญญาณเพื่อให้การเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง ซึ่งแรงบันดาลใจจากนักวิจัยประดิษฐ์สวิตช์โปรตีนนวนิยายที่เป็นไบโอเซนเซอร์หรือควบคุม . กลยุทธ์หนึ่งที่สร้างสวิตช์ดังกล่าวอยู่บนพื้นฐานของปรากฏการณ์ของ allostery ซึ่งในโครงสร้างการเปลี่ยนแปลงในเว็บไซต์ระยะไกลซึ่งสามารถขยายพันธุ์โดยผ่านเว็บไซต์ของการใช้งาน ดังนั้น ทั้งลบหรือบวกแฟชั่น หลักฐานการเปลี่ยนโปรตีนหลักถูกสร้างขึ้นโดย guntas และ ostermeier ( 2004 ) ซึ่งทำให้ประโยชน์ของเอนไซม์อัลโลสองด้วย ( และมีการรวมฟังก์ชันการ tem-1 บลาสุ่มแทรกลงใน MBP เพื่อสร้างห้องสมุดประมาณ 20000 fusions . หลังจากสมาชิกห้องสมุด bifunctional คัดกรองพวกเขาระบุสองเปลี่ยนโปรตีนที่มีกิจกรรมปลาสามารถปรับโดยการปรากฏตัวของน้ำตาล และหนึ่งของพวกเขาแสดงเพิ่มขึ้นใน kcat 70% และ 80% เพิ่ม kcat / km ในทำนองเดียวกัน และสเตอร์ โจชิ ( 2013 ) พัฒนาสลับโดยใส่คาลโมดูลินโดเมน ( CAM ) เป็นปลา การใช้ประโยชน์จากความสามารถของกล้องที่จะเปลี่ยนโครงสร้างของเปปไทด์และเมื่อจับกับลิแกนด์ . ส่งผลให้เอนไซม์อัลโลสแสดงถึง 120 พับเพิ่มกิจกรรมการกระตุ้นรัฐเมื่อเทียบกับสภาพใช้งาน ตัวอย่างที่ซับซ้อนมากขึ้น คือ การสร้าง proteon และระบบ proteoff การควบคุมการแสดงออกของยีนในแบคทีเรีย Escherichia coli เป้าหมายตามที่อธิบายไว้โดย volzing et al . ( 2011 ) อุปกรณ์สองโปรตีนที่ถูกสร้างขึ้นโดยการเปลี่ยนคุณสมบัติ เช่น inducible ดีเอ็นเอโปรตีนโดเมนสี่ฟิวส์ ( tetracycline ผู้ควบคุม ) หรือ rtetr ( ย้อนกลับสี่ ) กับลักซ์ โอเปอรอนก็ถอดความเปิดใช้งานโดเมน luxr ∆ N ( ถูกตัดกลายพันธุ์ luxr ) ( รูปที่ 3B ) ใน proteon อุปกรณ์ rtetr ไม่สามารถผูกกับเตโตะ ) การขาดเอนไซม์ anhydrotetracycline , ( ATC ) เมื่อเปิดใช้งานกับ ATC rtetr ผ่านการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง และผูก เทโตะ ให้ผสม luxr ∆ N ผูกลำดับ luxbox ใกล้เคียงจึง upregulate บัณฑิตยสถาน GFP ล่อง ในทางตรงกันข้าม , proteoff อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับสี่ที่ผกผันจาก rtetr กระตุ้นการแสดงออกของ GFP ในการขาดงานของ ATC . ตามที่แสดงในตัวอย่างนี้ การแสดงออกของยีนสามารถเปิดและปิดขึ้นอยู่กับการแสดงตนหรือการขาดเอนไซม์ .