设计用于精确细胞控制的合成受体

EPFL的科学家们开发了一项突破性的工程生物传感器新技术，该技术对特定生物分子敏感，增强了细胞迁移和癌症治疗的靶向性。这一发现可能会导致更精确地控制细胞过程，用于广泛的治疗应用。

　　

   

   

传统的生物传感器采用锁和钥匙的方法，传感能力有限，下游信号有限(灰色弧线)。EPFL的Patrick Barth团队设计的新型生物传感器通过重新布线的信号传输来感知柔性配体(蓝色)，从而加强下游信号活动(黑色弧线)。

生物传感器是人工分子复合物，用于检测目标化学物质甚至生物分子的存在。因此，生物传感器在诊断和合成细胞生物学中变得非常重要。然而，工程生物传感器的典型方法侧重于优化静态结合表面之间的相互作用，而目前的生物传感器设计只能识别结构明确的分子，这对于“现实生活”生物学来说可能过于僵化。

EPFL教授Patrick Barth说:“我们开发了一种新的计算方法来设计蛋白质-肽配体结合，并将其应用于设计细胞表面趋化受体，从而重新编程细胞迁移。我们认为我们的工作可以广泛地影响蛋白质结合和细胞工程应用的设计。”

Barth小组开发的新型生物传感器可以感知柔性化合物并触发复杂的细胞反应，这为生物传感器的应用开辟了新的可能性。研究人员创建了一个“计算框架”，这是一个基于计算机的系统，用于设计可以动态改变形状和功能的蛋白质复合物，而不是传统的静态方法。该框架可以查看以前未开发的蛋白质序列，以提出蛋白质组被激活的新方法，甚至以不同于其自然功能的方式。

研究人员利用他们的新方法创造了能够感知和响应多种自然或工程分子信号的合成受体，提供了对柔性配体和强变构信号反应的最佳感知，变构信号反应是指当一个分子与蛋白质上的不同位点结合时蛋白质活性的变化，导致蛋白质在不同位点的形状和活性发生变化。

设计的受体通过变构触发与柔性配体相互作用，就像天然受体一样，但它们改善并重新安排了信号传递的方式，有点像从不同的手机拨打相同的号码，但服务更好。具体来说，触发器似乎通过与自然触发器相同的一组“传输集线器”汇集信号，但通过优化重新布线的动态耦合大大增强了信号传输。

研究表明，结合灵活的传感层和强大的信号传输层可能是G蛋白偶联受体的共同标志，G蛋白偶联受体是细胞中非常重要的受体家族，几乎与细胞生命和功能的每一个主要方面都有联系。

“我们能够利用我们的生物传感器设计来驱动淋巴细胞的细胞迁移，当配备设计的生物传感器时，淋巴细胞向趋化因子的迁移更有效，”该研究的第一作者Rob Jefferson说。“趋化因子作为体内免疫细胞募集的化学信标，在某些疾病中，这是一个不理想的过程，我们的生物传感器可以改善这一过程。”

设计合成受体的新方法可用于各种治疗环境。例如，对肿瘤部位具有增强趋化性的工程细胞毒性淋巴细胞可能在癌症治疗中被证明是有用的。设计能够感知和响应特定信号的受体，提供了一种有前途的合成细胞生物学新工具，可以更精确地控制细胞过程，用于广泛的治疗应用。