蛋白质诱导的核糖体移码机制使得在大肠杆菌（Escherichia coli）中实现可编程的翻译控制，从而可用于遗传电路的设计

《Journal of Biological Engineering》：Protein-inducible ribosomal frameshifting enables programmable translational control for genetic circuit design in Escherichia coli

程序性核糖体帧移（PRF）是一种通过改变阅读框实现翻译调控的机制，但因其严格的序列和结构要求限制了在合成生物学中的应用。本研究提出蛋白诱导型PRF（PIRF）平台，整合aptamer-蛋白相互作用与-1 PRF元件，使大肠杆菌中翻译受内源RNA结合蛋白（如PP7、MS2）调控，实现逻辑门操作及多层级调控。该平台通过 strategically定位肽标签和蛋白编码序列，可控制融合蛋白表达、聚集及周质定位，但存在基底帧移率较高的问题，需进一步优化。PIRF为可编程蛋白质调控提供了基因编码解决方案，拓展了合成生物学在翻译调控、生物传感和生物治疗中的应用。

　　

摘要

背景

程序化核糖体移码（PRF）是一种翻译机制，它使核糖体能够改变阅读框并访问替代的编码序列。PRF在包括病毒、细菌和真核生物在内的多种生物体中自然存在，有助于实现蛋白质表达的紧凑编码和化学计量控制。尽管PRF在合成电路设计中具有巨大潜力，但由于严格的序列限制和结构要求，其在电路设计中的广泛应用受到了阻碍。

结果

本研究介绍了一种合成翻译调控平台——蛋白质诱导的核糖体移码（PIRF），该平台通过将适配体-蛋白质相互作用与-1 PRF基序结合，在大肠杆菌（Escherichia coli）中实现受调控的翻译。PIRF模块能够响应细胞内的RNA结合蛋白（如PP7和MS2），以条件依赖的方式触发移码。PIRF可以通过依赖阅读框的翻译来编程逻辑门操作，并在合成电路中实现多层次调控。此外，灵活的PIRF设计通过策略性地定位肽标签和蛋白质编码序列，实现了对融合蛋白表达、蛋白质聚集和周质定位的阅读框依赖性控制。虽然PIRF能够实现受调控的移码，并且可以灵活地配置用于各种电路和应用，但通常会观察到一定程度的基础移码现象，这可能需要未来的进一步优化策略。总体而言，PIRF支持对下游蛋白质表达的可编程和逻辑控制，包括条件依赖性的聚集和受调控的亚细胞定位。

结论

PIRF提供了一种紧凑且基因编码的策略，用于可编程的蛋白质水平调控，扩展了合成生物学在翻译控制、生物传感和生物治疗领域的工具箱。

图形摘要