Engineering a synthetic gene circuit for high-performance inducible expression in mammalian systems

合成生物学 基因表达 生物 计算生物学 基因 基因表达调控 基因调控网络 清脆的 细胞生物学 遗传学
作者
Giuliano De Carluccio,Virginia Fusco,Diego di Bernardo
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-024-47592-y
摘要

Abstract Inducible gene expression systems can be used to control the expression of a gene of interest by means of a small-molecule. One of the most common designs involves engineering a small-molecule responsive transcription factor (TF) and its cognate promoter, which often results in a compromise between minimal uninduced background expression (leakiness) and maximal induced expression. Here, we focus on an alternative strategy using quantitative synthetic biology to mitigate leakiness while maintaining high expression, without modifying neither the TF nor the promoter. Through mathematical modelling and experimental validations, we design the CASwitch, a mammalian synthetic gene circuit based on combining two well-known network motifs: the Coherent Feed-Forward Loop (CFFL) and the Mutual Inhibition (MI). The CASwitch combines the CRISPR-Cas endoribonuclease CasRx with the state-of-the-art Tet-On3G inducible gene system to achieve high performances. To demonstrate the potentialities of the CASwitch, we apply it to three different scenarios: enhancing a whole-cell biosensor, controlling expression of a toxic gene and inducible production of Adeno-Associated Virus (AAV) vectors.
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