Engineering combinatorial and dynamic decoders using synthetic immediate-early genes
Engineering combinatorial and dynamic decoders using synthetic immediate-early genes
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使用合成的早期基因设计组合和动态解码器
DOI：
10.1038/s42003-020-01171-1
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发表时间：
2020
影响因子：
5.9
通讯作者：
Toettcher, Jared E.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ravindran, Pavithran T.;Wilson, Maxwell Z.;Jena, Siddhartha G.;Toettcher, Jared E.
许多细胞和组织水平的功能是通过细胞内信号通路来协调的，这些信号通路触发了环境特异性靶基因的表达。然而，将通路与它们激活的基因联系起来的输入-输出关系还没有完全理解。绘制天然靶基因的路径解码逻辑也可以为设计新的信号解码电路提供基础。在这里，我们报告了合成立即早期基因（SynIEGs）的构建，Erk信号传导的靶基因实现复杂的，用户定义的调控，并可以通过使用活细胞生物传感器来跟踪它们的转录和翻译进行监测。我们证明了这种方法的力量，通过确认Erk持续时间传感由FOS，阐明了如何theBTG 2基因是由外部刺激的差异调节，并设计了一个合成的立即早期基因，选择性地响应生长因子和DNA损伤刺激的组合。SynIEGs为工程化分子电路铺平了道路，这些分子电路可以在广泛的细胞环境中解码信号动力学和组合。
Many cell- and tissue-level functions are coordinated by intracellular signaling pathways that trigger the expression of context-specific target genes. Yet the input–output relationships that link pathways to the genes they activate are incompletely understood. Mapping the pathway-decoding logic of natural target genes could also provide a basis for engineering novel signal-decoding circuits. Here we report the construction of synthetic immediate-early genes (SynIEGs), target genes of Erk signaling that implement complex, user-defined regulation and can be monitored by using live-cell biosensors to track their transcription and translation. We demonstrate the power of this approach by confirming Erk duration-sensing byFOS, elucidating how theBTG2gene is differentially regulated by external stimuli, and designing a synthetic immediate-early gene that selectively responds to the combination of growth factor and DNA damage stimuli. SynIEGs pave the way toward engineering molecular circuits that decode signaling dynamics and combinations across a broad range of cellular contexts.
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