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Non-Equilibrium Protein Assembly: from Building Blocks to Biological Machines

Descripción del proyecto

Las simulaciones podrían ayudarnos a comprender lo que guía el ensamblaje de las proteínas para que nosotros también podamos hacerlo

Las cosas increíbles generalmente no suceden sin una energía desencadenante que altere la situación establecida. Esto se aplica a las personas que adoptan una actitud complaciente y a los ordenadores que están apagados, y lo mismo sucede con el ensamblaje proteico. Las proteínas impulsadas por factores externos como gradientes químicos o fuerzas mecánicas pueden cambiar sus estructuras de manera que les permitan trabajar. Comprender los mecanismos asociados permitiría a los científicos controlar las aportaciones y, con ello, los resultados, aplicando este conocimiento a las terapias para humanos o utilizándolos para crear máquinas moleculares biomiméticas a medida. Los modelos computacionales desarrollados por el proyecto financiado con fondos europeos NEPA prometen simular la aparición de comportamientos funcionales en los conjuntos proteicos, abriendo una puerta a estas aplicaciones.

Objetivo

A key challenge in biological and soft-matter physics is to identify the principles that govern the organisation and functionality in non-equilibrium systems. Living systems are by definition out of equilibrium and a constant energy input is required to assemble and disassemble the molecular machinery of life. Only out of equilibrium, can proteins assemble to form functional sub-cellular structures, bind cells into dynamic tissues, and form complex biological machines. Our understanding of the physical mechanisms underlying robust protein assembly in driven systems is far from complete. Here I propose to develop a computer-simulation based framework to discover the physical principles of non-equilibrium protein assembly in biological or biomimetic systems. I will focus on systems where chemical gradients and active mechanical forces control protein assembly pathways and morphologies, and in which protein assembly far from equilibrium performs mechanical work. The particular case studies that I will investigate include mechanosensitive protein channels, fibrils of mechanical proteins, and active elastic filaments that remodel cells. As I aim to uncover generic design rules, my simulation model will only retain essential information on the shape and interaction of the assembling proteins needed to capture the complexity of the assembly. Using such minimal models, the simulations will be able to reach experimentally relevant time and length-scales, and will make quantitative predictions, which will be validated against data obtained by my experimental colleagues. The proposed programme will deliver an in-depth understanding of the molecular mechanisms that control the emergence of function in protein assemblies driven far from equilibrium. This knowledge should enable us to program or reprogram assembly phenomena in living organisms, and will provide principles that will guide the design and control of functional biomimetic assemblies and bio-inspired nano-machines.

Régimen de financiación

ERC-STG - Starting Grant

Institución de acogida

INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY AUSTRIA
Aportación neta de la UEn
€ 1 054 631,54
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
€ 1 054 631,54

Beneficiarios (2)