Projekti / Programi
Načrtovanje hitro odzivne signalne in logične poti na osnovi ortogonalnih proteaz
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.05.00 |
Naravoslovje |
Biokemija in molekularna biologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P004 |
Naravoslovno-matematične vede |
Biokemija, presnova |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.06 |
Naravoslovne vede |
Biologija |
sintezna biologija, obvite vijačnice, proteinska signalizacija, mestno specifične proteaze, cepljen protein
Raziskovalci (14)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
14360 |
dr. Mojca Benčina |
Biotehnologija |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
392 |
| 2. |
35277 |
dr. Tina Fink |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2018 - 2020 |
25 |
| 3. |
17915 |
dr. Helena Gradišar |
Biotehnologija |
Raziskovalec |
2018 - 2020 |
130 |
| 4. |
38164 |
Van Thai Ha |
Farmacija |
Raziskovalec |
2020 |
12 |
| 5. |
28881 |
dr. Karolina Ivičak Kocjan |
Biotehnologija |
Raziskovalec |
2018 - 2020 |
54 |
| 6. |
06628 |
dr. Roman Jerala |
Biokemija in molekularna biologija |
Vodja |
2018 - 2021 |
1.190 |
| 7. |
34252 |
Tina Lebar |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2018 |
67 |
| 8. |
52428 |
Sanjin Lulić |
|
Tehnični sodelavec |
2019 - 2020 |
0 |
| 9. |
17917 |
dr. Andreja Majerle |
Biotehnologija |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
92 |
| 10. |
53353 |
Klemen Mezgec |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2019 - 2021 |
3 |
| 11. |
23939 |
dr. Martina Mohorčič |
Biotehnologija |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
30 |
| 12. |
38275 |
Anja Perčič |
|
Tehnični sodelavec |
2020 - 2021 |
0 |
| 13. |
50616 |
Arne Praznik |
Biokemija in molekularna biologija |
Raziskovalec |
2018 - 2021 |
35 |
| 14. |
55061 |
Tina Strmljan |
|
Tehnični sodelavec |
2021 |
0 |
Organizacije (2)
Povzetek
Celice so nenehno izpostavljene različnim signalom, na katere se morajo ustrezno odzvati. Prenos signala je pomemben biološki proces, ki ga celice uporabljajo za odkrivanje, prepoznavanje in obdelavo različnih kemičnih ali fizikalnih signalov iz okolja ali iz endogenih procesov. Poleg obstoječih signalnih in procesnih vezij lahko v celice dodamo tudi nova logična vezja, kar je že bilo uporabljeno za inovativne terapije, kot npr. v imunoterapiji raka s CAR-T celicami ali v optogenetiki. Doslej so že bila pripravljena celična logična vezja, ki obdelujejo izbrane signale na ravni transkripcijske regulacije. Mi in drugi smo dokazali, da lahko zanesljiva in robustna logična vezja uvedemo v različne vrste celic z uporabo ortogonalnih načrtovanih transkripcijskih regulatorjev. Pomanjkljivost transkripcijskih signalizacijskih poti je sorazmerno počasen odzivni čas v rangu več ur ali celo dni, saj zahteva transkripcijo in translacijo novih proteinov in/ali modifikacije kromatina. Za hitrejši odziv na signale celice uporabljajo naravne proteinske signalne poti, ki se lahko odzivajo v rangu sekund ali minut, saj sinteza novih proteinov ni potrebna. To je še posebej pomembno za fiziološko pomembne procese, ki zahtevajo hiter odziv, v nekaj minutah, kot je npr. odziv na povečano koncentracijo glukoze, kar povzroči izločanje insulina. Te signalne poti temeljijo na modifikaciji in/ali povezovanju proteinov in so zahtevnejše za grajenje, saj temeljijo na specifičnih proteinskih interakcijah z drugimi proteini.
Predlagamo načrtovanje in pripravo hitre signalne in logične procesne poti na osnovi proteinov, ki bo sposobna integracije več signalov v ustrezen celični odziv. Načrtovana signalna pot bo temeljila na kombinaciji cepljenih ortogonalnih proteaz in načrtovanih interakcij na osnovi peptidov obvitih vijačnic, njeno delovanje pa bomo dokazali v sesalskih celicah, kar je uporabno za potencialne terapevtske aplikacije.
Strateški cilj projekta se bo izvajal z naslednjimi cilji, ki bodo zasnovali, testirali in demonstrirali funkcijo načrtovanega signalizacijskega in logičnega sistema na osnovi proteolize in peptidov obvitih vijačnic (PCCS), ki temelji na naslednjih delovnih paketih: DP1, Načrtovanje seta razcepljenih ortogonalnih proteaz in testiranje njihove funkcije v sesalskih celicah; DP2, Načrtovanje intramolekularnih antiparalelnih zaporedij peptidov obvitih vijačnic, ki jih lahko izpodrine močna vezava CC peptida po proteolitični cepitvi na načrtovanih mestih; DP3: Implementacija signalnih poti in logičnih funkcij v sesalskih celicah sesalcev na osnovi PCCS in WP4: In vivo izvedba in validacija hitrega odziva zasnovane signalne poti (PCCS).
Projekt bo izvedla ekipa strokovnjakov s področja proteinskega inženiringa in sesalske sintezne biologije z uporabo različnih metod molekularnega in matematičnega modeliranja bioloških procesov, biofizikalne karakterizacije, sesalske celične biologije, fluorescenčne mikroskopije, pretočne citometrije ter in vivo eksperimentov.
Pričakovani rezultat projekta bo prvi primer načrtovane signalne poti v sesalskih celicah. V preteklosti raziskovalci že poskušali prenesti komponente signalnih poti iz kvasovk v sesalske celice, povsem de novo signalna pot pa še ni bila načrtovana. Obstaja veliko primerov, kjer je potreben hiter odziv celic na zunanji ali notranji signal. Del projekta bo tudi zasnova seta razcepljenih ortogonalnih proteaz, kot tudi seta stikal na osnovi peptidov obvitih vijačnic, ki bodo koristni tudi za druge raziskovalce. Predlagani sistem tako predstavlja pomemben napredek za sintezno in molekularno biologijo in bi lahko imel veliko bazičnih in tehnoloških aplikacij.
Pomen za razvoj znanosti
Projekt bo rezultiral v načrtovanju seta funkcionalnih cepljenih specifičnih proteaz, ki bodo koristni za druge raziskovalce na različnih področjih znanosti o življenju. Poleg tega bo logika na osnovi peptidov obvitih vijačnic skupaj s setom načrtovanih gradbenih modulov lahko uporabna za de novo zasnovo molekularnih strojev. Pričakovani rezultati projekta bodo predstavljali prvi primer popolnoma novo načrtovane signalne poti v sesalskih celicah. Obstaja veliko primerov, ko je potreben hiter odziv celic na zahtevano kombinacijo signalov, kot na primer odziv organizma na raven glukoze ali na okužbo, kar bi bilo izvedljivo na osnovi načrtovane strategije celičnega signalnega vezja s hitrim odzivom.
Predlagani sistem bo predstavljal pomemben napredek za sintezno biologijo, za razumevanje komponent signalnih poti ter bi bil lahko preveden v različne aplikacije. In vivo izvedba načrtovanih signalnih poti bi lahko odprla vrata terapevtskim aplikacijam ter zaznavanju in vivo. Modularna zasnova omogoča nadaljnje širjenje števila gradbenih elementov, pa tudi njihovo vključitev v druge izbrane biološke procese. Kompleksnost vezij lahko še dodatno razširimo, saj lahko izhod enega logičnega vezja uporabi kot vhod v naslednjih slojih celične logike. Poleg izbranih fizikalno-kemijskih signalov bi lahko vključili dodatne signale, vključno z drugimi zunanjimi molekulami, kot tudi intrinzičnimi endogenimi molekulami, kot so različni metaboliti. Medtem ko bodo celična vezja demonstrirana v sesalskih celicah v tem projektu, bi morali biti isti gradbeni moduli funkcionalni tudi v drugih vrstah celic, vključno z bakterijami in kvasovkami.
Projekt bo izvedla projektna skupina z odličnih znanjem v sintezni biologiji, proteinski biokemiji, biotehnologiji in sesalski celični biologiji. Projektna skupina obsega strokovnjake s področja molekularnega modeliranja, sintezne biologije in sesalske celične biologije. Projektne skupine imajo na voljo vso opremo in tehnično znanje za doseganje ciljev projekta, medtem ko predhodni rezultati ključnih konceptov povečujejo verjetnost doseganja ambiciozno zastavljenih ciljev.
Pomen za razvoj Slovenije
The expected results will represent the first case of a completely bottom up designed signaling pathway in mammalian cells absed on proteolysis. Project will result in the design of the large set (toolbox) of functional split specific proteases that will be useful for other researchers, as so far the biotechnological application has been almost exclusively limited to the TEVp. There are many cases where a fast response to the signals is required, such as for example the response of the organism to the glucose levels via insulin secretion, which might become feasible based on the completely designed cellular circuit strategy. The proposed system therefore represents an important advance for synthetic biology and could have many biotechnological applications.
Project will be performed by a project group that has an excellent track record in synthetic biology, protein biochemistry, biotechnology and mammalian cell biology. Project group comprises experts in molecular modelling, synthetic biology and mammalian cell biology. Project groups has available all equipment and technical expertise to achieve goals of the project. PI is also active in several networks in synthetic biology at the European level and results of this project can be disseminated to a wider research community.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
