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Design of Nucleic Acid-Templated Ordered Protein Assemblies

Descrizione del progetto

Modelli di acido nucleico: uso flessibile nella progettazione di nuovi gruppi proteici

Le proteine sono i motori delle cellule e ne consentono la maggior parte delle funzioni, tra cui la segnalazione, il riconoscimento e l’immunità, agendo come catalizzatori, recettori di segnali, interruttori, motori e piccole pompe. Imitare questi ruoli con gruppi proteici ingegnerizzati può supportare applicazioni in settori che vanno dalla biomedicina all’energia e all’ambiente. Il progetto DNA-TO Pass, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, combinerà due aree scientifiche all’avanguardia, la nanotecnologia del DNA e la progettazione di proteine, per creare una nuova classe di nanomateriali ingegnerizzati. Utilizzando modelli di acido nucleico in tre approcci diversi, si controlleranno l’assemblaggio e le caratteristiche finali dei gruppi proteici. La sinergia tra la nanotecnologia del DNA e la progettazione delle proteine sbloccherà proprietà finora inaccessibili.

Obiettivo

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.

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Istituzione ospitante

INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY AUSTRIA
Contribution nette de l'UE
€ 1 499 711,00
Indirizzo
Am Campus 1
3400 Klosterneuburg
Austria

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Regione
Ostösterreich Niederösterreich Wiener Umland/Nordteil
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 499 711,00

Beneficiari (1)