设计用于精确细胞控制的合成受体

生物传感器是人工分子复合物，旨在检测目标化学物质甚至生物分子的存在。因此，生物传感器在诊断学和合成细胞生物学中变得很重要。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，而当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”生物学来说过于僵化。

“我们开发了一种新的计算方法来设计蛋白质-肽配体结合，并将其应用于工程细胞表面趋化受体，从而重新编程细胞迁移，”EPFL 教授 Patrick Barth 说。“我们认为我们的工作可以广泛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其形状和功能的蛋白质复合物——与传统的静态方法相反。该框架可以查看以前未探索的蛋白质序列，以提出激活蛋白质基团的新方法，即使是以与其自然功能不同的方式。

研究人员使用他们的新方法来创建合成受体，这些受体可以感知和响应多种天然或工程分子信号，提供对灵活配体和强变构信号响应的最佳感知，变构信号响应是指分子与分子结合时蛋白质活性的变化。蛋白质上的不同位点，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器与灵活的配体相互作用，就像天然受体一样，但它们改进和重新排列信号的传输方式，有点像从不同的手机拨打相同的号码以获得更好的服务。具体来说，触发器似乎通过与自然信号相同的一组“传输集线器”汇集信号，但通过优化重新布线的动态耦合显着增强信号传输。

研究表明，将灵活的传感层与稳健的信号传输层相结合可能是 G 蛋白偶联受体的一个共同特征，G 蛋白偶联受体是细胞中极其重要的受体家族，几乎与细胞生命和功能的每个主要方面都有关联。

“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，淋巴细胞更有效地向趋化因子迁移，”该研究的第一作者 Rob Jefferson 说。“趋化因子可作为体内免疫细胞募集的化学信标，这是某些疾病中的次优过程，可以通过我们的生物传感器加以改善。”

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化细胞毒性淋巴细胞可证明可用于癌症治疗。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新型合成细胞生物学工具，从而可以更精确地控制细胞过程，用于广泛的治疗应用。

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