CC-Trigger: izpodrivanje proteinskih obvitih vijačnic s pomočjo oprimkov omogoča kinetični nadzor proteinskih sestavov in napredne naprave z več stanji.

Proteini so najbolj vsestranski gradniki narave, saj katalizirajo ključne reakcije, obdelujejo signale in premikajo tovor s pomočjo konformacijskih sprememb. Razumevanje razmerij med zaporedjem, 3D strukturo in funkcijo proteinov ni le akademske narave, ampak ima tudi velik tehnološki pomen. V zadnjih letih je načrtovanje enoverižnih proteinov postalo dosegljivo. Izziv na tem področju je ustvarjanje večjih dinamičnih proteinskih kompleksov, ki imajo več konformacijskih stanj in/ali opravljajo posebne funkcije. Dinamične beljakovinske komplekse bi lahko uporabili za dostavo zdravil, pametnih odzivnih materialov in biosenzorjev. Področje nanotehnologije DNA je prineslo neverjetne stroje in dinamične komplekse. Vključno s DNA pinceto, preklopno DNA posodo, sprehajalcem DNA in celo robotom za razvrščanje tovora. Napredek temelji na principu izpodrinjanja verige s pomočjo oprimka. Dvoverižna DNA je izjemno stabilna; vendar pa lahko majhen previs ene verige (oprimek) poveča izmenjavo verig milijonkrat. Na žalost je DNA težje zviti in uporabiti in vivo kot proteinske komplekse. Namen tega raziskovalnega projekta je vpeljati mehanizem izpodrinjanja verige ovitih vijačnic s pomočjo oprimka in prikazati nekaj primerov uporabe. Nova tehnologija bi lahko omogočila nadzor aktivnosti in lokalizacijo encimov, proteinske sestavke z več stanji ter logična vrata. Ovite vijačnice so sestavljene iz dveh alfa vijačnic in imajo nekaj podobnosti z DNA. Naša raziskovalna skupina ima številen dosežke pri razumevanju in uporabi kratkih ovitih vijačnic: zasnovali smo ortogonalni set ovitih vijačnic (kjer vsaka veriga interagira le s svojim parom) in pokazali, da se ortogonalnost ohranja in vivo. Nato smo odkrili pravila za načrtovanje moči interakcije med verigama brez vpliva na ortogonalnost. Razvili smo tudi popolnoma novo vrsto beljakovinskega zvitja z uporabo ovitih vijačnic. Vpeljava mehanizma izpodrivanja verig z oprimki v svetu proteinov bi lahko pripomogla k revoluciji načrtovanja proteinskih strojev in naprav, ki imajo potencial za biomedicinske aplikacije. Pri DNA oprimkih morajo imeti verige, katere izpodrivamo, zelo dolge razpolovne dobe, zato domnevamo, da so za delovanje izpodrivanja proteinskih verig potrebne dolge ovite vijačnice. V DP1 bomo oblikovali prve dolge umetne heterodimerne ovite vijačnice. V DP2 bomo načrtovali in testirali več konstruktov oprimkov, pri čemer bomo sistematično preučevali dolžino oprimka in dolžino dvoverižnega substrata. V DP 3 bomo uporabili napredne računalniške metode za načrtovanje ortogonalnih setov dolgih ovitih vijačnic (setov, kjer samo vsaka veriga poveže le s svojim parom). Ortogonalni set bo omogočil več reakcij izpodrinjanja ovitih vijačnic v istem sistemu in konstrukcijo velikih proteinskih origamijev iz ovitih vijačnic. V DP4 bomo razvili aplikacije sistema, ki bodo prikazovale moč izpodrinjanja verig ovitih vijačnic. Navdih bo vzet iz sveta nanotehnologije DNA. Pripravili bomo proteinska stikala, proteinski origami z več stanji in logična vrata za obdelavo signalov. Strategija izpodrivanja s pomočjo proteinskega oprimka je zelo inovativen pristop, ki bi lahko spremenil področje proteinskega origamija in področje oblikovanja beljakovin na splošno. Večina naravnih dolgih ovitih vijačnic je homodimerov. Ustvarjanje ortogonalnega seta dolgih heterodimernih ovitih vijačnic je izjemno uporabno za izgradnjo večjih struktur CCPO, ki lahko zapakirajo več tovora in jih je mogoče videti pod krio-EM mikroskopom. Izpodrinjanje verig obvitih vijačnic bi lahko imel velik vpliv na področju načrtovanja proteinov in biomedicine. Nanotehnologija DNA je pokazala, da je načelo izpodrinjanja verig lahko zelo uporabno in vsestransko. Enako vsestranskost in aplikacije bi radi prinesli v bolj biokompatibilen in genetsko kodiran proteinski svet.