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Connecting Artificial Proteolytic and Electrochemical Signaling Systems with Caged Messenger Peptides
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2021-10-12 , DOI: 10.1021/acssensors.1c00845 Paolo Bollella 1, 2 , Selvakumar Edwardraja 3 , Zhong Guo 4 , Claudia E Vickers 5 , Jason Whitfield 3 , Patricia Walden 4 , Artem Melman 1 , Kirill Alexandrov 4 , Evgeny Katz 1
ACS Sensors ( IF 8.2 ) Pub Date : 2021-10-12 , DOI: 10.1021/acssensors.1c00845 Paolo Bollella 1, 2 , Selvakumar Edwardraja 3 , Zhong Guo 4 , Claudia E Vickers 5 , Jason Whitfield 3 , Patricia Walden 4 , Artem Melman 1 , Kirill Alexandrov 4 , Evgeny Katz 1
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Enzymatic polypeptide proteolysis is a widespread and powerful biological control mechanism. Over the last few years, substantial progress has been made in creating artificial proteolytic systems where an input of choice modulates the protease activity and thereby the activity of its substrates. However, all proteolytic systems developed so far have relied on the direct proteolytic cleavage of their effectors. Here, we propose a new concept where protease biosensors with a tunable input uncage a signaling peptide, which can then transmit a signal to an allosteric protein reporter. We demonstrate that both the cage and the regulatory domain of the reporter can be constructed from the same peptide-binding domain, such as calmodulin. To demonstrate this concept, we constructed a proteolytic rapamycin biosensor and demonstrated its quantitative actuation on fluorescent, luminescent, and electrochemical reporters. Using the latter, we constructed sensitive bioelectrodes that detect the messenger peptide release and quantitatively convert the recognition event into electric current. We discuss the application of such systems for the construction of in vitro sensory arrays and in vivo signaling circuits.
中文翻译：
将人工蛋白水解和电化学信号系统与笼式信使肽连接起来
酶促多肽蛋白水解是一种广泛而强大的生物控制机制。在过去几年中，在创建人工蛋白水解系统方面取得了重大进展，其中选择的输入调节蛋白酶活性，从而调节其底物的活性。然而，迄今为止开发的所有蛋白水解系统都依赖于其效应物的直接蛋白水解切割。在这里，我们提出了一个新概念，其中具有可调输入的蛋白酶生物传感器解开信号肽，然后可以将信号传递给变构蛋白报告基因。我们证明了笼子和记者的调节域都可以从相同的肽结合域构建，例如钙调蛋白。为了证明这个概念，我们构建了一个蛋白水解雷帕霉素生物传感器，并展示了其对荧光、发光和电化学报告基因的定量驱动。使用后者，我们构建了灵敏的生物电极来检测信使肽的释放并将识别事件定量转换为电流。我们讨论了这种系统在建筑中的应用体外感觉阵列和体内信号通路。
更新日期：2021-10-22
中文翻译：
将人工蛋白水解和电化学信号系统与笼式信使肽连接起来
酶促多肽蛋白水解是一种广泛而强大的生物控制机制。在过去几年中，在创建人工蛋白水解系统方面取得了重大进展，其中选择的输入调节蛋白酶活性，从而调节其底物的活性。然而，迄今为止开发的所有蛋白水解系统都依赖于其效应物的直接蛋白水解切割。在这里，我们提出了一个新概念，其中具有可调输入的蛋白酶生物传感器解开信号肽，然后可以将信号传递给变构蛋白报告基因。我们证明了笼子和记者的调节域都可以从相同的肽结合域构建，例如钙调蛋白。为了证明这个概念，我们构建了一个蛋白水解雷帕霉素生物传感器，并展示了其对荧光、发光和电化学报告基因的定量驱动。使用后者，我们构建了灵敏的生物电极来检测信使肽的释放并将识别事件定量转换为电流。我们讨论了这种系统在建筑中的应用体外感觉阵列和体内信号通路。
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