Projektbeschreibung
Nukleinsäurevorlagen: flexibler Einsatz bei der Entwicklung neuartiger Proteinzusammensetzungen
Proteine sind die Arbeitspferde der Zellen. Sie ermöglichen die meisten zellulären Funktionen wie Signalübertragung, Erkennung und Immunität, indem sie als Katalysatoren, Signalrezeptoren, Schalter, Motoren und winzige Pumpen fungieren. Die Nachahmung dieser Funktionen durch künstlich hergestellte Proteinzusammensetzungen kann Anwendungen in Bereichen wie Biomedizin, Energie und Umwelt unterstützen. Im vom Europäischen Forschungsrat finanzierten Projekt DNA-TO Pass sollen zwei Spitzenbereiche der Wissenschaft, die DNA-Nanotechnologie und das Proteindesign, miteinander verbunden werden, um eine neue Klasse von technisch hergestellten Nanomaterialien zu schaffen. Das Team wird unter Verwendung von Nukleinsäurevorlagen in drei verschiedenen Ansätzen den Zusammenbau und die endgültigen Eigenschaften von Proteinzusammensetzungen kontrollieren. Die Synergie zwischen DNA-Nanotechnologie und Proteindesign wird Eigenschaften freisetzen, die bisher unzugänglich waren.
Ziel
Here I propose to create a new class of designed nanomaterials that will combine the advantageous features of protein design and DNA nanotechnology: nucleic acid-templated protein assemblies. I propose three different approaches that all utilize the addressability of nucleic acids on the nanometer to micrometer length scale to control size, shape, and composition of designed protein assemblies.
In the first approach, the structural and mechanical properties of the assembly will be defined by the protein components, while the nucleic acid component serves merely to define the dimensions of the assembly and to introduce addressability to an otherwise symmetric, repetitive assembly. All components, including the nucleic acid template, can be genetically encoded, potentially enabling assembly of entire nanoparticles inside living cells.
The second approach uses more complex nucleic acid templates, such as DNA or RNA nanostructures, to control size, shape, and addressability of two- or three-dimensional protein assemblies. The shape of the final protein assembly reflects the shape of the templating nucleic acid nanostructure, and the protein assembly can be viewed as a coating that adds rigidity, stability, and, crucially, biological functionality to the template nanostructure. Both approaches one and two are amenable to library-scale screening by coupling size and shape of the particles as well as patterning of functional domains (“phenotype”) to the sequence of the nucleic acid template (“genotype”).
In a third approach, the nucleic acid is not incorporated into the final assembly, but merely serves as a “mold” to define size and composition of a protein assembly. A single DNA origami mold could thus “catalyze” the assembly of many nanoparticles, circumventing potential scalability bottlenecks from approach two.
These assemblies use the synergy between DNA nanotechnology and protein design to achieve properties that would not be accessible to either technology alone.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsGastgebende Einrichtung
3400 Klosterneuburg
Österreich