DNA Molecular Tools for Neuroscience and Cancer Biology
- Reference number
- FFL12-0219
- Start and end dates
- 140101-191231
- Amount granted
- 10 000 000 SEK
- Administrative organization
- Karolinska Institutet
- Research area
- Life Science Technology
Summary
DNA nanotechnology is a technique that allows us to create nanoscale shapes with unprecedented resolution. In the resulting assemblies, we know the exact locations of every DNA oligo. These oligos can be conjugated to proteins, thus creating molecularly precise patterns and structures of proteins. This project will establish a technology for studying length-scales in biology using DNA nanotechnology. We will use our experience with protein-decorated DNA-origami nanostructures to look at a range of applications in biology separated in five aims: A) influence of chromosomal packaging on cell differentiation, B) influence of the nanoscale spacing of Eph cell surface receptor/ligands on cell-cell signaling in cancer, C) using nano-patterned ligands to modulate synaptic NMDA currents, D) nanostructured assemblies of magnetically active proteins for magnetic resonance imaging and studies of magnetic sensing in nature, and E) active, targeted drug delivery using DNA-nanostructures patterned with protein ligands. Joined together, the knowledge and concepts from the five aims will in combination result in a set of flexible molecular tools and methods to study cell biology that will address many questions that current-day techniques cannot. This breakthrough will lead to new discoveries in cell signaling, neuroscience, protein-protein interactions directly in cells, and consequently, to a new class of biological diagnostics and therapeutics.
Popular science description
Mänskliga celler känner var sina grannar befinner sig genom speciella proteiner på cellens yta. Dessa så kallade receptorer agerar känselspröt mot omvärlden och berättar för cellen hur den ska förflytta sig eller vad den ska producera eller inte producera. Många cancerceller producerar mer av dessa än vad friska celler gör. Ett av målen med detta projekt är att förstå varför cancerceller producerar dessa receptorer i andra mängder än friska celler och hur dessa receptorer används av cancerceller. Om vi lär oss hur dessa receptorer används av cancerceller skulle vi kunna använda detta för att mata dem med falsk information och därigenom lura cancercellerna att t.ex. sluta föröka sig eller begå självmord. I detta projekt föreslår vi hur vi skulle kunna mata cancerceller med förutbestämd information i form av nanometerstora mönster av de proteiner som receptorerna känner av. Genom att använda en teknik som kallas DNA-origami, kan vi bygga exakta mönster av proteiner på nanometernivå och se hur cancercellerna reagerar på olika mönster. I detta projektförslag tar vi även upp andra problem där vi tror att denna metod kommer att bli användbar. I själva verket så är detta projektförslag en samling biologiska tillämpningar som vi tror att vi kommer att kunna studera med våra protein-mönster: Vi ämnar också försöka använda liknande mönster för att undersöka hur vi kan styra signalvägar i hjärnceller samt också undersöka hur veckning av DNA’t i cellkärnan påverkar cellens utveckling genom att skapa ett modellsystem av DNA-origami som efterliknar DNA’t i cellkärnan. Vi vill även undersöka hur nanometerstora mönster av proteiner som binder järn, så kallat ferritin, skulle kunna användas för att få bättre bilder i magnetröntgen. Till sist vill vi också undersöka om vi kan använda våra DNA-protein mönster för att utveckla små behållare för läkemedel som söker sig till cancerceller och behandlar tumörer specifikt, utan att skada omkringliggande vävnad. Sammantaget så vill vi utveckla biologiska och medicinska tillämpningar som bygger på en relativt ny metod som kallas DNA-origami. Genom att använda DNA-origami för att skapa mönster av proteiner och utföra experiment liknande de vi föreslår kan vi till slut lära oss hur cellernas blindskrift fungerar och därefter utveckla nya behandlingar för några av våra värsta sjukdomar.