[發明專利]一種單輸入多輸出的基因回路、表達載體和宿主細胞及其應用

在審

• 申請號: 201810114254.4
• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN110117614A
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 蔡亮;楊子杰
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C12N15/85
• 分類號: C12N15/85;C12N5/10
• 代理公司: 上海唯智贏專利代理事務所(普通合伙) 31293
• 代理人: 吳瑾瑜

1.一種單輸入多輸出的基因回路，其特征在于，包括N個模塊，N的數量為大于等于1的整數，每個模塊具有3個子模塊，每個子模塊為一個轉錄單元，各模塊的結構包括:

第X.1子模塊包括激活型啟動子，連接2個不同的抑制型轉錄因子的編碼序列，這2個抑制性轉錄因子具有不同的抑制閾值，以及第X.1功能蛋白的編碼序列；

第X.2子模塊的結構為，含有具有低抑制閾值的抑制型轉錄因子結合DNA的合成啟動子、具有高抑制閾值的抑制型轉錄因子的編碼序列、第X.2功能蛋白的編碼序列；

第X.3子模塊的結構為，含有具有高抑制強度的抑制型轉錄因子結合DNA的合成啟動子和第X.3功能蛋白的編碼序列；

X＝1～N的整數；

第X.2與X.3子模塊的合成啟動子為抑制型啟動子；

第X.2和第X.3子模塊中合成啟動子的抑制閾值不同，且具有正交性。

2.權利要求1所述單輸入多輸出的基因回路，其特征在于，各模塊的合成啟動子中，所含抑制型轉錄因子結合DNA的拷貝數為1～20個。

3.權利要求1所述單輸入多輸出的基因回路，其特征在于，每個模塊第X.1～第X.3子模塊分別編碼三組不同的功能蛋白；或者，其中有一個為空白，其余的編碼兩組不同的功能蛋白；每組功能蛋白的數量為一個或多個。

4.權利要求1或3所述單輸入多輸出的基因回路，其特征在于，所述的功能蛋白為細胞因子、免疫球蛋白超家族成員、依賴酶活實現抗菌抗病毒效應的蛋白質或熒光蛋白。

5.權利要求1～3任一項所述單輸入多輸出的基因回路，其特征在于，第X.1子模塊的激活型啟動子所需的激活型轉錄因子是響應單一抗原輸入后的產物；所述的激活型轉錄因子的輸入信號強度與靶細胞表面抗原密度正相關或負相關，所述的靶細胞表面抗原為具有免疫球蛋白基礎序列的蛋白或具有明顯胞外片段的跨膜蛋白。

6.權利要求1或2所述單輸入多輸出的基因回路，其特征在于，模塊的數量為1個；第1抑制型轉錄因子為PIP，第1.2子模塊合成啟動子含有1～4個拷貝的PIP結合DNA；第2抑制型轉錄因子為ZF43-8，第1.3子模塊合成啟動子含有4-10個拷貝的ZF43-8結合DNA。

7.權利要求1或2所述的單輸入多輸出的基因回路，其特征在于：模塊的數量為1個，第1.1功能基因編碼IL-18，第1.2功能基因為空白，第1.3模塊的功能基因編碼IL-12。

8.一種表達載體，其特征在于，含有權利要求1～7任一項所述的單輸入多輸出的基因回路。

9.一種宿主細胞，其特征在于，含有權利要求1～7任一項所述的單輸入多輸出的基因回路或權利要求8所述的表達載體。

10.權利要求9所述的宿主細胞，其特征在于，所述的宿主細胞通過權利要求1～7任一項所述的單輸入多輸出的基因回路實現對擁有相關抗原的靶細胞的、隨抗原密度變化的表達不同功能蛋白。

11.權利要求1～7任一項所述的單輸入多輸出的基因回路或權利要求8所述的表達載體制備癌癥、感染或自身免疫疾病的診斷試劑或者用于制備治療腫瘤、感染或自身免疫疾病的藥物。

12.權利要求11所述的宿主細胞用于制備治療癌癥、感染或自身免疫疾病的藥物。

13.根據靶細胞表面抗原密度驅動不同功能蛋白表達的方法，步驟包括：

(1)獲取不同狀態下靶細胞表面抗原的密度變化范圍，并篩選對應抗原密度變化的輸入胞內信號；

(2)選擇差異化響應不同輸入信號強度的轉錄因子及其DNA結合序列和拷貝數，以步驟(1)篩選的信號來啟動表達激活啟動子對應的轉錄因子，構建權利要求1～7任一項所述的單輸入多輸出的基因回路；

(3)用所得的基因回路改造宿主細胞，使宿主細胞響應靶細胞表面抗原的密度的變化，表達不同功能蛋白。