Opis projektu
Nowe podejście do badań regulacji allosterycznej w kompleksie nukleoproteinowym CRISPR-Cas9
Stosowane w biochemii pojęcie „regulacja allosteryczna” określa regulację enzymu poprzez wiązanie efektora w miejscu innym niż miejsce aktywne enzymu. Efektory, które wzmacniają aktywność białka, nazywamy „aktywatorami allosterycznymi”, w przeciwieństwie do „inhibitorów allosterycznych”, które wykazują przeciwne działanie. CRISPR-Cas9 to duży kompleks nukleoproteinowy, który jest powszechnie wykorzystywany w edycji genomu. W jego złożoną sygnalizację allosteryczną zaangażowane jest wielodomenowe białko Cas9 i związane z nim kwasy nukleinowe, które razem kontrolują funkcję i specyficzność systemu. Zespół finansowanego przez UE projektu Allosteric-CRISPR zbada regulację allosteryczną w CRISPR-Cas9, stosując w tym celu nowe, synergiczne podejście łączące najnowocześniejsze metody teoretyczne i modele sieci zapożyczone z teorii grafów.
Cel
Allostery is a fundamental property of proteins, which regulates biochemical information transfer between spatially distant sites. Many emerging allosteric targets are large protein/nucleic acid complexes responsible for genome editing and regulation, whose underlying signaling remains poorly understood. Here, we focus on CRISPR-Cas9, a large nucleoprotein complex widely employed as a genome editing tool with enormous promises for medicine and biotechnology. In this system, an intricate allosteric signaling is suggested to span the multi-domain Cas9 protein and its associated nucleic acids, controlling the system’s function and specificity. However, in spite of extensive experimental characterization, the molecular basis for this allosteric response are largely unknown, hampering also efficient engineering for improving its genome editing capability. Allosteric-CRISPR will investigate the allosteric regulation in CRISPR-Cas9 by introducing a novel synergistic approach. This will implement the combination of state-of-the-art theoretical methods, including enhanced and multiscale approaches based on classical and ab-initio methods, with network models derived from graph theory and novel centrality analyses that are emerging as powerful to investigate allostery. This will create an innovative protocol that will enable determining the allosteric network of communication over multiple timescales, as well as the relation between allostery and catalysis, which remains unaddressed through classical approaches. This novel way to describe allostery can impact future studies of large nucleoprotein complexes, including newly discovered CRISPR systems, which are governed by similar allosteric rules and hold tremendous potential for genome editing. Finally, by delivering fundamental knowledge on the basic mechanisms underlying genome editing, Allosteric-CRISPR will help the design of improved genome editing tools, impacting their application across the field of life sciences.
Dziedzina nauki
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomoleculesnucleic acids
- medical and health sciencesmedical biotechnologygenetic engineeringgene therapy
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomoleculesproteins
- natural sciencesmathematicspure mathematicsdiscrete mathematicsgraph theory
- natural sciencesbiological sciencesgeneticsgenomes
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
80333 Muenchen
Niemcy