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Design of Nucleic Acid-Templated Ordered Protein Assemblies

Descripción del proyecto

Plantillas de ácidos nucleicos: uso flexible en el diseño de nuevos conjuntos de proteínas

Las proteínas son el componente básico de las células, ya que son responsables de la mayoría de las funciones celulares, como la señalización, el reconocimiento y la inmunidad debido a su función como catalizadores, receptores de señales, interruptores, motores y pequeñas bombas. Imitar estas funciones con conjuntos proteínicos artificiales podría favorecer aplicaciones en ámbitos que van desde la biomedicina a la energía y el medio ambiente. En el proyecto DNA-TO Pass, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se combinarán dos ámbitos científicos de vanguardia, la nanotecnología del ADN y el diseño de proteínas, para crear una nueva clase de nanomateriales artificiales. Su equipo empleará plantillas de ácidos nucleicos en tres métodos diferentes para controlar el ensamblaje y las características finales de los conjuntos de proteínas. La sinergia entre la nanotecnología del ADN y el diseño de proteínas revelará propiedades hasta ahora desconocidas.

Objetivo

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.

Régimen de financiación

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Institución de acogida

INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY AUSTRIA
Aportación neta de la UEn
€ 1 499 711,00
Dirección
Am Campus 1
3400 Klosterneuburg
Austria

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Región
Ostösterreich Niederösterreich Wiener Umland/Nordteil
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 1 499 711,00

Beneficiarios (1)