[发明专利]一种单输入多输出的基因回路、表达载体和宿主细胞及其应用

权利要求书

1.一种单输入多输出的基因回路，其特征在于，包括N个模块，N的数量为大于等于1的整数，每个模块具有3个子模块，每个子模块为一个转录单元，各模块的结构包括:

第X.1子模块包括激活型启动子，连接2个不同的抑制型转录因子的编码序列，这2个抑制性转录因子具有不同的抑制阈值，以及第X.1功能蛋白的编码序列；

第X.2子模块的结构为，含有具有低抑制阈值的抑制型转录因子结合DNA的合成启动子、具有高抑制阈值的抑制型转录因子的编码序列、第X.2功能蛋白的编码序列；

第X.3子模块的结构为，含有具有高抑制强度的抑制型转录因子结合DNA的合成启动子和第X.3功能蛋白的编码序列；

X＝1～N的整数；

第X.2与X.3子模块的合成启动子为抑制型启动子；

第X.2和第X.3子模块中合成启动子的抑制阈值不同，且具有正交性。

2.权利要求1所述单输入多输出的基因回路，其特征在于，各模块的合成启动子中，所含抑制型转录因子结合DNA的拷贝数为1～20个。

3.权利要求1所述单输入多输出的基因回路，其特征在于，每个模块第X.1～第X.3子模块分别编码三组不同的功能蛋白；或者，其中有一个为空白，其余的编码两组不同的功能蛋白；每组功能蛋白的数量为一个或多个。

4.权利要求1或3所述单输入多输出的基因回路，其特征在于，所述的功能蛋白为细胞因子、免疫球蛋白超家族成员、依赖酶活实现抗菌抗病毒效应的蛋白质或荧光蛋白。

5.权利要求1～3任一项所述单输入多输出的基因回路，其特征在于，第X.1子模块的激活型启动子所需的激活型转录因子是响应单一抗原输入后的产物；所述的激活型转录因子的输入信号强度与靶细胞表面抗原密度正相关或负相关，所述的靶细胞表面抗原为具有免疫球蛋白基础序列的蛋白或具有明显胞外片段的跨膜蛋白。

6.权利要求1或2所述单输入多输出的基因回路，其特征在于，模块的数量为1个；第1抑制型转录因子为PIP，第1.2子模块合成启动子含有1～4个拷贝的PIP结合DNA；第2抑制型转录因子为ZF43-8，第1.3子模块合成启动子含有4-10个拷贝的ZF43-8结合DNA。

7.权利要求1或2所述的单输入多输出的基因回路，其特征在于：模块的数量为1个，第1.1功能基因编码IL-18，第1.2功能基因为空白，第1.3模块的功能基因编码IL-12。

8.一种表达载体，其特征在于，含有权利要求1～7任一项所述的单输入多输出的基因回路。

9.一种宿主细胞，其特征在于，含有权利要求1～7任一项所述的单输入多输出的基因回路或权利要求8所述的表达载体。

10.权利要求9所述的宿主细胞，其特征在于，所述的宿主细胞通过权利要求1～7任一项所述的单输入多输出的基因回路实现对拥有相关抗原的靶细胞的、随抗原密度变化的表达不同功能蛋白。

11.权利要求1～7任一项所述的单输入多输出的基因回路或权利要求8所述的表达载体制备癌症、感染或自身免疫疾病的诊断试剂或者用于制备治疗肿瘤、感染或自身免疫疾病的药物。

12.权利要求11所述的宿主细胞用于制备治疗癌症、感染或自身免疫疾病的药物。

13.根据靶细胞表面抗原密度驱动不同功能蛋白表达的方法，步骤包括：

(1)获取不同状态下靶细胞表面抗原的密度变化范围，并筛选对应抗原密度变化的输入胞内信号；

(2)选择差异化响应不同输入信号强度的转录因子及其DNA结合序列和拷贝数，以步骤(1)筛选的信号来启动表达激活启动子对应的转录因子，构建权利要求1～7任一项所述的单输入多输出的基因回路；

(3)用所得的基因回路改造宿主细胞，使宿主细胞响应靶细胞表面抗原的密度的变化，表达不同功能蛋白。