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近期，天津大學化工學院仰大勇教授課題組通過在金納米顆粒上共同錨定兩段在功能上具有關聯性的基因，構建了納米界面上的基因線路區室化結構，并利用無細胞基因表達系統研究了基因線路區室化對級聯基因表達的影響。本研究中，模型基因線路由調控蛋白T7 RNA聚合酶基因和報告蛋白增強型綠色熒光蛋白基因組成。采用聚合酶鏈式反應（PCR）在兩種基因的一端各組裝了一個帶有兩個巰基修飾的枝狀支架，并通過金硫鍵將兩種基因共同錨定在金納米顆粒表面，在納米界面上構建了的基因線路區室化結構。該基因線路區室化結構將調控蛋白基因和報告蛋白基因之間的物理距離拉近在納米級范圍內，使表達合成的調控蛋白RNA聚合酶主要分布在區室區域，并快速穿梭到鄰近的報告蛋白基因上，從而促進級聯基因表達。實驗結果表明，基因線路區室化結構提高了報告蛋白的產率和初始表達率，縮短了級聯基因表達的反饋時間。另外，這種基因線路區室化效應具有基因濃度依賴性：相比于高基因濃度，基因線路區室化結構在相對較低基因濃度下更能發揮空間區室效應，顯著提高級聯基因表達效率。該工作不僅為構建納米界面上基因線路區室化提供了一個簡化的模型，更為了解細胞構筑與功能之間的關系提供重要啟示。

研究結果發表于Journal of the American Chemical Society 上，相關成果已申請中國發明專利。天津大學化工學院博士研究生郭小翠和李鳳副教授為共同第一作者。研究得到國家自然科學基金的資助支持。

圖1. 在金納米顆粒表面構建的基因線路區室化結構。

a) 模型基因線路包含調控蛋白T7 RNA聚合酶基因和報告蛋白增強型綠色熒光蛋白基因。b) 利用PCR在兩種基因的一端各組裝一個帶有兩個巰基修飾的枝狀支架。c) 納米界面上的基因線路區室化結構將調控蛋白基因和報告蛋白的之間的空間距離拉近在納米級范圍內，為無細胞級聯基因表達提供了區室化。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11407

仰大勇教授簡介

仰大勇 博士，天津大學化工學院教授、院長助理，入選國家級海外人才計劃、國家優青、天津市杰青。現任天津大學校學術委員會委員、中國生物醫學工程學會納米醫學與工程分會委員。課題組研究方向是材料化學與生物醫學的交叉領域，聚焦DNA合成與智能制造，利用材料化學的手段理解生命系統運行機制，探索重大疾病的診斷治療新途徑。

課題組主頁：http://yanglab-dna.com/