Opis projektu
Elastyczne zastosowanie szablonów kwasów nukleinowych w projektowaniu nowych zespołów białkowych
Białka są podstawą działania większości funkcji komórkowych, takich jak sygnalizacja, rozpoznawanie i odporność, oraz pełnią rolę katalizatorów, receptorów sygnałowych, przełączników, silników i maleńkich pomp. Odtworzenie tych funkcji przy pomocy zaprojektowanych zespołów białek może być przydatne w różnorodnych zastosowaniach, od biomedycyny po energię i środowisko. Finansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projekt DNA-TO Pass zakłada połączenie dwóch nowatorskich dziedzin nauki – nanotechnologii DNA i projektowania białek – w celu stworzenia nowej klasy sztucznych nanomateriałów. Wykorzystując szablony kwasów nukleinowych w ramach trzech różnych podejść, zespół będzie kontrolować składanie i ostateczne właściwości zespołów białkowych. Synergia między nanotechnologią DNA i projektowaniem białek pozwoli na uzyskanie dotychczas nieosiągalnych właściwości.
Cel
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.
Dziedzina nauki
Słowa kluczowe
Program(-y)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Temat(-y)
System finansowania
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstytucja przyjmująca
3400 Klosterneuburg
Austria