Therapeutic proteins are used for various kinds of treatment. However, treatment of therapeutic proteins has limitation which is un-wanted side effects. To overcome the limitation, controlling expression of proteins is essential. Cell-free protein synthesis (CFPS) is the technology for expressing proteins not inside cells. Various kinds of components for protein expression are prepared and mixed with DNA, for example, amino acids, ions, kinases, and cell extracts. By using this synthesis system, expressing proteins artificially without cell can be possible. However, controlling expression of proteins is hard to achieve because DNA undergoes transcription immediately when they mixed with expression components. RNA thermometer (RNAt), thermo-sensitive riboswitch, is the technology for controlling protein expression. Unless RNAt reaches to proper temperature, they don’t undergo translation process. Here, we use RNAt for controlling protein translation. To activate translation of RNAt, we use photo-thermal effect by using gold nanorods (GNRs) with NIR laser. GNRs were photo-excited by NIR laser, which can penetrate the tissue well, therefore we can achieve translation of RNAt when we stimulate. To deliver and express proteins at target site, we loaded cell-free protein synthesis system into liposome which is safe delivery system for cargos. Finally, we confirmed protein translation of RNAt inside liposome using GNRs by photo-thermal effects with NIR laser.
치료용 단백질은 다양한 종류의 질병에 이용되고 있다. 하지만, 이런 단백질들은 목적 부위가 아닌 곳에 작용하여 부작용을 일으키는 한계를 지니고 있다. 이를 극복하기 위해 단백질 발현을 제어하는 것은 필수적이다. 이 때, 단백질 발현 자체를 다룰 수 있는 기술이 필요한데 이에 해당하는 기술이 무세포 단백질 발현 기술이다. 무세포 단백질 발현 기술은 세포 내부가 아닌 외부에서 인위적으로 단백질을 발현하는 기술이다. 이 때, 단백질 발현을 위해 디옥시리보핵산과 아미노산, 이온들, 키나아제, 세포 추출물 등이 혼합되어 반응이 이루어진다. 하지만 디옥시리보핵산이 구성물들과 혼합되는 즉시 단백질 발현을 시작하기 때문에, 발현을 제어하는 기술이 필요하다. 이 논문에서는 온도 반응 리보핵산을 이용해 단백질 발현을 조절했다. 온도 반응 리보핵산은 적정 온도 이상이 되었을 때 단백질 발현을 유도하기 때문에 온도를 이용한 단백질 발현 제어를 가능하게 한다. 우리는 이 온도 반응 리보핵산을 활성 시키기 위해 근적외선을 이용한 금 나노 막대의 광열 효과를 이용했다. 따라서 근적외선을 쬐어 주었을 때만 단백질 발현을 하는 조건적 무세포 단백질 발현을 가능하게 한 것이다. 마지막으로 이 단백질 발현 시스템을 리포좀 내에 탑재하여 근적외선을 이용한 리포좀 내 조건적 무세포 단백질 발현을 가능하게 하였다.
