Molekylära DNA-Verktyg för Neurovetenskap och Cancerbiologi
- Diarienummer
- FFL12-0219
- Start- och slutdatum
- 140101-191231
- Beviljat belopp
- 10 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- Karolinska Institutet
- Forskningsområde
- Bioteknik, medicinsk teknik och teknik för livsvetenskaperna
Summary
DNA nanoteknologi är en teknik som tillåter oss att skapa former med hög upplösning på nanometernivå utan motstycke. I de färdiga strukturerna vet vi exakt var varje DNA oligomer befinner sig. Dessa oligomerer kan konjugeras till proteiner för att därmed skapa förutbestämda mönster av proteiner med molekylär precision. Detta projekt kommer att etablera en teknologi för att studera längdskalor i biologi genom att använda DNA-nanoteknologi. Vi kommer att använda vår erfarenhet av protein-modifierade DNA-origami strukturer för att titta på en mängd biologiska tillämpningar separerade i fem målsättningar: A) hur packning av kromosomalt DNA påverkar differentiering, B) hur avstånd på nanometerskala mellan Eph cellreceptorer påverkar cell-cell signalering i cancer, C) hur nano-mönstrade ligander modulerar synaptiska NMDA strömmar, D) hur nano-mönstrade strukturer med magnetiskt aktiva proteiner kan användas för MRI och studier av magneto-sensorer i naturen, och E) hur aktiva DNA-nanostrukturer mönstrade med målsökande ligander kan användas för leverans av läkemedel. Sammantaget så kommer kunskapen och koncepten från de fem målsättningarna att resultera i en uppsättning av flexibla molekylära verktyg och metoder att studera frågor i cellbiologi som dagens tekniker inte rår på. Detta genombrott kommer att leda till nya upptäckter in cellsignalering, neurovetenskap, protein-protein interaktion i celler och därmed till en ny klass av biologiska läkemedel och diagnosverktyg.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.