Designing synthetic regulatory networks capable of self-organizing cell polarization.
Designing synthetic regulatory networks capable of self-organizing cell polarization.
复制标题
设计能够自组织细胞极化的合成调节网络。
DOI：
10.1016/j.cell.2012.08.040
复制
发表时间：
2012-10-12
期刊：
影响因子：
64.5
通讯作者：
Lim WA
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chau AH;Walter JM;Gerardin J;Tang C;Lim WA
细胞如何利用基因编码的分子规则形成全局的、自组织的结构仍然是难以捉摸的。在这里，我们采用合成生物学方法来研究控制细胞极化的设计原理。首先，使用粗粒度计算模型，我们搜索所有可能实现极化的简单网络。所有解决方案都包含三个最小基序之一——正反馈、相互抑制或具有正反馈的抑制剂。仅靠这些最小的图案就可以在有限的条件下实现极化；结合两个或多个这些基序的电路明显更加稳健。以这些设计原则为蓝图，我们使用嵌合信号蛋白工具包在酵母中实验构建了人工极化网络，该工具包在空间上指导磷脂酰肌醇（3,4,5）-三磷酸（PIP3）的合成和降解。具有组合基序的电路产生了清晰的合成 PIP3 焦点，可以持续近一个小时。因此，通过利用定位调节的信号分子，我们可以设计简单的分子电路来可靠地执行空间自组织程序。
How cells form global, self-organized structures using genetically encoded molecular rules remains elusive. Here, we take a synthetic biology approach to investigate the design principles governing cell polarization. First, using a coarse-grained computational model, we searched for all possible simple networks that can achieve polarization. All solutions contained one of three minimal motifs – positive feedback, mutual inhibition, or inhibitor with positive feedback. These minimal motifs alone could achieve polarization under limited conditions; circuits that combined two or more of these motifs were significantly more robust. With these design principles as a blueprint, we experimentally constructed artificial polarization networks in yeast, using a toolkit of chimeric signaling proteins that spatially direct the synthesis and degradation of phosphatidylinositol (3,4,5)-trisphosphate (PIP3). Circuits with combinatorial motifs yielded clear foci of synthetic PIP3 that can persist for nearly an hour. Thus, by harnessing localization-regulated signaling molecules, we can engineer simple molecular circuits that reliably execute spatial self-organized programs.
登录
查看更多内容
影响因子：
4.3
作者：
Jilkine A;Edelstein-Keshet L
通讯作者：
Edelstein-Keshet L
影响因子：
9.2
作者：
Kozubowski, Lukasz;Saito, Koji;Johnson, Jayme M.;Howell, Audrey S.;Zyla, Trevin R.;Lew, Daniel J.
通讯作者：
Lew, Daniel J.
影响因子：
21.3
作者：
Doe, CQ
通讯作者：
Doe, CQ
影响因子：
64.8
作者：
Dove, SK;Cooke, FT;Michell, RH
通讯作者：
Michell, RH
DOI：
10.1038/nrg2775
发表时间：
2010-05
期刊：
Nature reviews. Genetics
影响因子：
--
作者：
通讯作者：
--