細(xì)胞間通訊在維持細(xì)胞功能和協(xié)調(diào)細(xì)胞行為等方面發(fā)揮重要作用。開發(fā)調(diào)控細(xì)胞間通訊的新技術(shù)對于揭示胞間信號傳導(dǎo)作用機(jī)制、調(diào)控細(xì)胞功能以及發(fā)展相關(guān)疾病治療新方法具有重要意義。近年來，利用非生命物質(zhì)構(gòu)筑具有特定“生命特征與功能”的人工細(xì)胞為調(diào)控細(xì)胞間通訊提供了新思路。其中，利用DNA分子工具構(gòu)建的人工信號系統(tǒng)能夠為人工細(xì)胞與天然細(xì)胞之間的信息交流提供精準(zhǔn)且高度可控的途徑。然而，目前人工細(xì)胞主要作為信號輸出源與天然細(xì)胞進(jìn)行單向通訊，缺乏根據(jù)環(huán)境信號變化動態(tài)調(diào)節(jié)自身信號輸出的能力。因此，設(shè)計DNA信號反饋系統(tǒng)賦予人工細(xì)胞自主調(diào)節(jié)胞間通訊中的信號傳遞，是發(fā)展基于人工細(xì)胞的胞間通訊調(diào)控方法仍需解決的關(guān)鍵問題。
近日，湖南大學(xué)譚蔚泓院士團(tuán)隊劉巧玲課題組構(gòu)建了具有自主調(diào)節(jié)胞間信號傳遞能力的人工細(xì)胞，通過在人工細(xì)胞表面設(shè)計DNA分子回路控制人工細(xì)胞與天然細(xì)胞間的雙向通訊。該DNA分子回路由識別模塊、激活模塊以及反饋模塊等功能單元組合而成，分別實現(xiàn)與天然細(xì)胞間的識別、結(jié)合、響應(yīng)和反饋過程，從而控制人工細(xì)胞與天然細(xì)胞間通訊過程中的信號傳遞。
基于Sgc8c核酸適體與靶標(biāo)分子（PTK7）間的特異性識別和結(jié)合，該工作首先利用識別模塊中的Sgc8c核酸適體實現(xiàn)人工細(xì)胞對天然細(xì)胞（CEM cells）的識別和粘附。隨后，在低濃度ATP的作用下，激活模塊中的ATP核酸適體與ATP結(jié)合，釋放內(nèi)嵌的信號分子Dox。Dox作為旁分泌信號被天然細(xì)胞攝取，導(dǎo)致天然細(xì)胞凋亡并釋放胞內(nèi)ATP。環(huán)境中ATP濃度的升高則會激活反饋模塊，促使反饋模塊釋放DS（Displacement Strand）信號。DS與Sgc8c核酸適體的競爭性結(jié)合促使Sgc8c核酸適體與靶標(biāo)PTK7解離，最后終止人工細(xì)胞與天然細(xì)胞間的通訊。 如圖所示，得益于DNA分子的可編程特性，通過調(diào)整ATP核酸適體序列中Entropy linker的長度可以控制反饋模塊對信號分子ATP濃度的響應(yīng)閾值，從而動態(tài)調(diào)節(jié)人工細(xì)胞與天然細(xì)胞之間的雙向通訊過程。 該工作構(gòu)建具有信號處理能力的人工細(xì)胞并建立人工細(xì)胞與天然細(xì)胞的胞間通訊，未來為人為干預(yù)和調(diào)控天然細(xì)胞的功能提供非侵入性和高度可編程的接口，有助于發(fā)展高效治療疾病新工具。 論文信息 DNA-Based Signal Circuit for Self-Regulated Bidirectional Communication in Protocell-Living Cell Communities Lexun Li, Shuang Liu, Chundi Zhu, Shuxuan Shao, Fan Yang, Qiaoling Liu, Weihong Tan Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202503903
