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国自然申请|干预某个基因(分子)的N种策略方法,所以说方法要多样化才能让专家“眼前一亮”

小张聊科研  · 公众号  · 科研  · 2024-10-11 18:00

正文

在国自然项目中,一般都需要对基因、RNA、蛋白和小分子(如代谢物)甚至细胞、菌群等进行干预(加减法),从而验证国自然中最重要的一个逻辑因果关系,而干预不同的分子通常采用的方法不一样。下面就简单梳理一些采用的策略和方法。

一、外源添加和阻断/吸附方法

想到增加含量,最常想到的就是直接外源添加,特别是在细胞实验中,比如代谢物(比如乳酸、氨基酸等),还有一类是分泌性蛋白,也可通过直接添加重组表达的蛋白进行加法操作当然在设计上一般需要有浓度和时间梯度,这一点在实验方案设计上很重要。

乳酸处理,PMID:36068198

FSTL1 treatment suppresses tumor growth and lung metastatic ability of LUAD cells in vivo. 重组蛋白,PMID: 31653686

而抑制的方式稍微复杂一些,比如代谢物可以通过反应消耗、吸附等方式进行干预,而分泌性蛋白(如细胞因子)和很多膜受体也可以通过中和抗体、阻断性抗体等进行干预。

Ifn-γ neutralizing antibody can attenuate the efficacy of combination drugs 中和抗体,PMID: 36592514

阻断性抗体PMID: 36096532

当然,阻断性抗体还常用于特定细胞的“消除”干预特定的细胞群,如通过CD8阻断抗体消除CT8+T细胞:

  • 消除CT8+T细胞PMID: 37984507


而对于肠道菌群等,粪菌移植和抗生素干预则是最常用的方法。

粪菌移植,PMID: 37317027


二、遗传学(Genetic)方法

2.1 RNA干扰技术

RNAi是使用频率最高的技术,不过需要注意的是:在基金中还需要区分“shRNAsiRNA”以及“敲降KD和敲除KO”这些不同的说法;当然大家还有其它的说法,比如“沉默”、“调低”、“消减”等用于描述最终作用。

注:shRNA(短发夹RNAvs siRNA(小干扰RNA)的区别

  • 结构差异:siRNA是体外合成的双链RNA分子,通常由20-25个核苷酸组成,两端各有两个未配对的碱基,直接参与RNAi途径。shRNA具有发夹结构的单链RNA,在细胞核内被转录,然后折叠成类似siRNA的双链结构,并通过内切酶Dicer切割形成成熟的siRNA分子。

  • 转染/感染方式:siRNA通常是体外合成后直接转染到细胞中,或者通过病毒载体传递进入细胞,直接参与RNAi途径。shRNA是通过DNA载体(如质粒或病毒载体)表达的,载体被转入细胞后,shRNA由细胞机器转录,并最终处理成siRNA进行功能。

  • 表达持续性差异:siRNA在细胞中的效果往往是瞬态的,其抑制效果随着siRNA分解和稀释通常几天内就会减少。shRNA由于是通过DNA载体转入细胞,并在细胞内转录和表达,因此可以建立较持久的基因沉默效果,特别是当使用整合性病毒载体时,shRNA表达构建可以整合进宿主细胞基因组,实现长期稳定表达。


2.2 CRISPR技术

基于CRISPR系统不仅可实现对基因的敲除(CRISPR-ko),还可以进行敲降(CRISPRi)和激活(CRISPRa)。

CRISPR-ko是通过Cas9蛋白结合sgRNA对目标DNA产生双链断裂,以实现敲除效果;

CRISPRi则是通过dCas9蛋白结合sgRNA抑制基因的转录,以实现敲降效果;

CRISPRa是通过dCas9蛋白与转录激活子(如VP64p65)融合,以增强基因转录表达。

2.3 基因过表达和基因敲入

基因过表达通常将目的基因(CDS)构建到载体中,导入细胞内使目的基因的表达量增加。

基因敲入(Knock-In则常采用基因敲入的方法,如引入增强子等调控元件等增加基因表达。
当然,这些技术在动物层面可以体现为转基因动物和敲除,比如条件性敲除小鼠在国自然里面基本上都是必选项。


三、药理学(Pharmacological)方法

药理学手段主要通过小分子抑制剂、激活剂、激动剂和拮抗剂等实现对靶基因(蛋白)的激活和抑制,主要这里主要影响的不是基因(蛋白)的表达丰度,而是蛋白的构象和活性。

  • 抑制剂(Inhibitors):这类化合物能够与特定的酶或受体结合,降低其催化活性或信号传递能力。根据与酶结合的形式,抑制剂可以分为可逆性抑制剂和不可逆抑制剂。

  • 激活剂(Activators):与抑制剂相反,激活剂能够增强特定蛋白质的活性。例如小分子能够与酶结合后,促进酶对底物的催化作用,起到活化剂的作用。

  • 激动剂(Agonists)这类小分子能够与受体结合并激活受体,模拟内源性配体的作用,产生相应的生理效应或药物作用。

  • 拮抗剂(Antagonists)拮抗剂能够与受体结合,阻断激动剂介导的作用。

  • 变构调节剂(Allosteric Modulators)这类调节剂与蛋白质的变构位点结合,通过影响蛋白质的构象来调节其活性。


四、其它新技术

另外,还有一些新技术可以通过诱导蛋白降解发挥作用,如PROTAC技术基于利用细胞内的泛素-蛋白酶体系统(Ubiquitin-Proteasome System, UPS)来降解特定的靶蛋白。PROTAC技术的核心在于设计一种双功能小分子,一端能够结合目标蛋白(POI),另一端能够结合E3泛素连接酶,通过一个连接臂(Linker)将两者连接起来,形成三元复合物。这个复合物能够促使目标蛋白被泛素化,进而被蛋白酶体识别并降解。

类似的,如基于溶酶体对蛋白的降解技术开发的溶酶体靶向嵌合体LYTAC技术LYTAC通过结合细胞表面的溶酶体靶向受体(LTR)和目标蛋白,形成三元复合物,通过内吞作用进入细胞内,并最终在溶酶体中被降解。

其它的还有自噬靶向嵌合体(AUTAC)、自噬体偶联化合物(ATTEC)、基于抗体的PROTACAbTAC)、分子胶和纳米体PROTACGlueTAC)以及分子伴侣介导的自噬(CMA)嵌合体技术等。

再比如张锋团队开发的细胞外可收缩注射系统(eCIS):

由于新技术非常多,我们就不一一展开了,后续有机会再介绍。


如果大家有基金申请或者课题思路上的疑问,可以联系我们进行咨询:

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