分享一篇发表在Cell上的文章，题目为“Synthetic protein circuits for programmable control of mammalian cell death”，通讯作者是来自美国加州理工大学的Michael B. Elowitz，他实验室的主要研究方向是系统生物学及合成生物学。
哺乳动物细胞使用不同的细胞死亡程序来消除有害细胞，主要为细胞凋亡（Apoptosis）和细胞焦亡（Pyroptosis）。在疾病治疗和药物研发中，如何有效地靶向并杀伤有问题的靶细胞（如癌细胞）而不杀伤健康细胞是最为核心的问题之一。在本文中，作者利用合成生物学的思路，开发了对细胞死亡进行程序性控制的方法“Synpoptosis”。该回路基于自然细胞死亡模式的原理，设计表达工程化蛋白酶，可以实现选择性地调控目标细胞发生凋亡或焦亡。作者还在此基础上利用病毒样颗粒的递送系统实现回路在细胞中的递送以及在细胞群体中的死亡程序性调控。作者分别设计了可工程化控制的Caspase-3和GSDMA两种蛋白酶来分别调控细胞凋亡和焦亡，具体方式是通过将蛋白酶两个亚基中间的连接部分设计为TEVP酶切割序列（L-tev-S），即可通过切割产生活化的蛋白酶；而通过联合使用蛋白酶抑制剂Degron（Deg）和异二聚化拉链（Zipper，Z）可以调控使蛋白酶处于切割后激活或切割后抑制的状态（TEVP-On及TEVP-OFF）。作者在HEK293T细胞中分别验证了两种回路的作用效果，可以实现符合预期的细胞死亡模式。随后作者还在此基础上对基因回路进行多重组合，实现逻辑门调控的效果，即利用TEVP和TVMVP两种酶作为Input，调节细胞对不同输入模式的响应。随后，作者尝试将Synpoptosis应用于选择性杀死特定细胞。Ras是最著名的致癌基因，其持续激活是众多肿瘤的驱动因素，因此作者设计将TEVP进行拆分并分别与Ras结合结构域（RBD）融合。当细胞内存在活性Ras时，拆分的TEVP结构域可产生酶活，激活下游的Synpoptosis回路使细胞发生预设的程序性死亡，从而实现对癌细胞的选择性杀伤。最后，作者尝试在细胞间递送该系统，即通过递送细胞（Sender cell）将Synpoptosis中相关的质粒和控件通过病毒样颗粒（VLP）输送到靶细胞（Receiver cell）。为了避免该系统细胞致死的问题，作者尝试了两种方案：一是将Synpoptis中的基因拆分为两部分，使两组Sender细胞分别包含TEVP等蛋白酶或非活化的工程“刽子手”蛋白酶，二者在靶细胞中共同发挥酶活即可产生致死效果；二是在递送细胞中包载活化的工程蛋白酶，同时表达相应的抑制基因，仅活化蛋白酶的相关基因可以被递送到靶细胞。总的来说，本文开发了一种可在细胞中精确控制细胞死亡的合成生物学工具，为精确调控程序性死亡开拓了新的方法。https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)00347-7#%20原文引用：DOI: 10.1016/j.cell.2024.03.031
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