Regulation of therapeutic protein release in response to circadian biomarkers

褪黑素 昼夜节律 转基因 生物 受体 信号转导 细胞生物学 褪黑激素受体 生物钟 腺苷酸环化酶 体内 转录因子 蛋白激酶A 细胞信号 遗传增强 细胞 基因表达 癌症研究 电池类型 转基因小鼠 基因表达调控 基因 内分泌学 药理学 HEK 293细胞 荧光素酶 G蛋白偶联受体 内科学
作者
Nik Franko,Shichao Li,Silvia Galvan,Zsoka Csorba,Ana P. Teixeira,Mingqi Xie,Martin Fussenegger
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 9812-9812 被引量:2
标识
DOI:10.1038/s41467-025-64761-9
摘要

The human circadian clock integrates external environmental changes and internal physiological signals to generate natural oscillations of secreted endocrine signals to regulate diverse biological processes. Here, we explore human receptors responsive to molecules displaying in vivo oscillatory patterns and identify melatonin receptor 1A (MTNR1A) as a promising molecular sensor to trigger transgene expression. We engineer a melatonin-inducible gene switch consisting of ectopically expressed MTNR1A linked to an amplifier module utilizing the native Gαs protein-mediated cell signaling cascade, which involves adenylyl cyclase, cAMP, protein kinase A and the cAMP-responsive transcription factor CREB, to drive transgene expression from a synthetic promoter. This system operates within the physiological melatonin concentration range, selectively responding to night-phase levels of the diurnal rhythm, while remaining unresponsive to day-phase levels. Such temporal control suggests its potential for personalized cell- and gene-based therapies requiring once-per-day dosing regimen. As proof-of-concept, we show that alginate-encapsulated engineered cells implanted in C3H/HeJ male mice can translate circadian inputs or clinically licensed MTNR1A agonists into regulated GLP-1 expression as a therapeutic output exclusively secreted during nighttime, highlighting potential as an experimental cell therapy for obesity-dependent type-2 diabetes.
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