Metabolite-Responsive Control of Transcription by Phase Separation-Based Synthetic Organelles

合成生物学 代谢物 细胞器 转录因子 化学 抄写(语言学) 计算生物学 生物 细胞生物学 生物化学 基因 语言学 哲学
作者
Carolina Jerez‐Longres,Wilfried Weber
出处
期刊:ACS Synthetic Biology [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acssynbio.4c00633
摘要

Living natural materials have remarkable sensing abilities that translate external cues into functional changes of the material. The reconstruction of such sensing materials in bottom-up synthetic biology provides the opportunity to develop synthetic materials with life-like sensing and adaptation ability. Key to such functions are material modules that translate specific input signals into a biomolecular response. Here, we engineer a synthetic organelle based on liquid–liquid phase separation that translates a metabolic signal into the regulation of gene transcription. To this aim, we engineer the pyruvate-dependent repressor PdhR to undergo liquid–liquid phase separation in vitro by fusion to intrinsically disordered regions. We demonstrate that the resulting coacervates bind DNA harboring PdhR-responsive operator sites in a pyruvate dose-dependent and reversible manner. We observed that the activity of transcription units on the DNA was strongly attenuated following recruitment to the coacervates. However, the addition of pyruvate resulted in a reversible and dose-dependent reconstitution of transcriptional activity. The coacervate-based synthetic organelles linking metabolic cues to transcriptional signals represent a materials approach to confer stimulus responsiveness to minimal bottom-up synthetic biological systems and open opportunities in materials for sensor applications.
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