[发明专利]原儿茶酸调控的开关系统及其调控方法和应用

说明书

本发明公开了绿茶代谢物原儿茶酸调控的多功能基因表达平台。所述平台涉及原儿茶酸调控的开关系统，即由原儿茶酸精确调控基因的启动表达或表达关闭，所述开关系统包括原儿茶酸调控的“开”系统和原儿茶酸调控的“关”系统。本发明还提供了包含所述开关系统的真核表达载体、哺乳动物细胞系以及微胶囊。此外，本发明还公开了所述多功能平台可调控胰岛素或胰高血糖素样肽精准表达释放用于糖尿病治疗；该基因表达调控平台可用于构建复杂的生物计算机以及调控CRISPR/Cas9或CRISPR/dCas9系统介导的基因编辑和基因表达激活或抑制。本发明为基因治疗和细胞治疗提供了有力的新型基因表达调控工具。

技术领域

本发明涉及合成生物学，基因、细胞治疗领域，是将哺乳动物合成生物学与疾病治疗、生物计算机以及基因编辑技术相结合，具体涉及绿茶代谢物原儿茶酸调控的多功能基因表达平台和在糖尿病治疗、生物计算机以及调控CRISPR/Cas9系统介导的基因编辑和基因转录的应用研究。

背景技术

合成生物学作为新兴的研究领域，致力于将自然界存在的基本生物学元件，如核酸、多肽、蛋白质等，通过人工手段对其进行有目的地设计、改造以及组建，形成具有特定功能的生物模块，从而实现对细胞、生物体的功能改造。在过去的几十年里，合成生物学经历了快速的发展阶段，从单基因、单蛋白的活性调控到多基因、多蛋白的活性调控，从简单线路的合成到复杂基因网络的合成，从对原核生物的改造到真核生物的改造，从概念式的基因网络设计到应用式的基因环路开发等。总的来说，合成生物学正以更为精确的、安全的、可预测的方式调控复杂的细胞行为，并将其应用于能源、医药开发以及疾病治疗等各个领域。

本发明公开的原儿茶酸调控的开关系统是以原儿茶酸(PCA)为诱导物，其优势在于PCA分布广泛,存在于广枣、丹参等中草药中，同时也是花青素和茶多酚的主要代谢产物；其次据研究表明PCA具有抗癌、抗氧化、抗炎症、降血糖等多种功效，是一种健康安全的有益小分子物质。因此，本发明开发了原儿茶酸调控的多功能基因表达平台，并将其应用于糖尿病治疗，生物计算机以及调控CRISPR/Cas9系统介导的基因编辑和基因转录。

糖尿病是一种常见的代谢类疾病，现已成为威胁全球人类健康的慢性流行性疾病之一。目前主要的治疗方法主要包括外科治疗如胃的改造，药物治疗如注射胰岛素、口服降糖药，运动治疗和控制饮食治疗等，但这些治疗方法存在疗效差，增加病人痛苦等问题，因此亟需开发一些新的方法改善糖尿病治疗所面临的困境。此外，生物计算机和基因编辑技术是近几年兴起的基于基因和细胞水平的治疗方式。研究表明相较于传统的治疗手段，这些新的治疗方式尤其在治疗复杂的免疫相关疾病、难治愈的癌症和遗传性疾病方面具有更大的应用潜力。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明利用哺乳动物合成生物学的手段，提供了一种治疗糖尿病的新方法，即利用原儿茶酸调控的治疗基因环路表达降血糖肽来控制血糖稳态，从而达到治疗糖尿病的目的。本发明在哺乳动物细胞中开发了一套以原儿茶酸和香草酸为双输入端的逻辑门，同时利用CRIRPR/Cas9基因编辑技术合成了原儿茶酸调控的基因编辑和基因转录表达装置，用于调控内、外源基因激活、抑制和编辑。

本发明提供了一种绿茶代谢物原儿茶酸调控的多功能基因表达平台，其中所述平台是以原儿茶酸调控的开关系统(原儿茶酸诱导基因表达系统)为核心，即由原儿茶酸精确调控基因的启动表达或表达关闭，并将其应用于糖尿病治疗，生物计算机以及调控CRISPR/Cas9系统介导的基因编辑和基因转录。

其中，本发明所述的原儿茶酸调控的开关系统，即由原儿茶酸精确调控基因的启动表达或关闭表达，所述系统包括：a)：原儿茶酸调控的“开”系统；和/或，b)：原儿茶酸调控的“关”系统。其中，所述原儿茶酸调控的“开”系统是由重组转录抑制子，原儿茶酸诱导型强启动子和待转录序列三部分组成；所述原儿茶酸调控的“关”系统是由重组转录激活子，原儿茶酸诱导型弱启动子和待转录序列三部分组成。