Description du projet
Utilisation flexible de modèles d’acides nucléiques dans la conception de nouveaux assemblages de protéines
Les protéines sont les bêtes de somme des cellules, initiant la plupart des fonctions cellulaires, y compris la signalisation, la reconnaissance et l’immunité, en agissant comme catalyseurs, récepteurs de signaux, interrupteurs, moteurs et minuscules pompes. Reproduire ces rôles à l’aide d’assemblages de protéines artificielles peut soutenir des applications dans des domaines allant de la biomédecine à l’énergie et à l’environnement. Le projet DNA-TO Pass, financé par le Conseil européen de la recherche, combinera deux domaines scientifiques de pointe, la nanotechnologie de l’ADN et la conception de protéines, pour créer une nouvelle catégorie de nanomatériaux artificiels. Il contrôlera l’assemblage et les caractéristiques finales des assemblages de protéines en utilisant des modèles d’acide nucléique dans trois approches différentes. La synergie entre la nanotechnologie de l’ADN et la conception des protéines débloquera des propriétés inédites à ce jour.
Objectif
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.
Champ scientifique
Mots‑clés
Programme(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thème(s)
Régime de financement
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstitution d’accueil
3400 Klosterneuburg
Autriche