Semi-synthetic, magneto-photonic circuit for non-invasive control of cellular function

用于非侵入性控制细胞功能的半合成磁光子电路

基本信息

  • 批准号:
    10277517
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 202.66万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-22 至 2024-09-21
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT Technological advances in molecular biology have led to the development of a variety of innovative tools to control gene expression. Those tools are crucial for both interrogating complex biological questions and developing the next generation of therapeutics. Yet, there are two main challenges that remain to be resolved. One is remote controlling of transcription on demand with the utmost temporal and spatial resolution. The other is to avoid crosstalk with existing signaling pathways. In this study, we propose to develop a new genetic tool based on synthetic biology to better control gene expression within cells. This novel tool is based on rewiring cellular networks and converting energy into biological action. We intend to harness the power of electromagnetism and biophotonics to control gene expression. Our goal is to devise multiplex gene arrangements, fusion proteins and transcription factors, that can be controlled remotely by electromagnetic fields (EMF). This unique, artificial cellular machinery will use biophotonic principles for activation of specific transcription factors and subsequently switch on gene transcription with the utmost precision. In the first Aim we will develop and evolve a genetically encoded biomagnetic switch that can convert EMF to photons. In parallel, in the second Aim we will develop an orthogonal transcription machinery that interacts with the biomagnetic switch and controls transcription without interacting with any endogenous signaling pathway. Finally, in the third Aim we will test the synthetic circuit in vivo, in a relevant animal model. This magneto-photonic circuit will by-pass the limitations of current chemical, optical, and magnetic approaches by allowing genetically targeted, non-invasive remote control of gene expression in a highly precise and physiologically relevant temporal manner. We anticipate that upon completion of the proposed research we will create an innovative tool that will be immensely beneficial for basic research, drug development and developing the next generation of synthetic biology-based therapeutics.
项目摘要/摘要 分子生物学的技术进步已导致了各种创新工具的开发 控制基因表达。这些工具对于询问复杂的生物学问题和 开发下一代治疗剂。然而,仍有两个主要挑战要解决。 一种是按需求进行转录的遥控器,并以最大的时间和空间分辨率进行。另一个 是避免使用现有信号通路的串扰。 在这项研究中,我们建议开发一种基于合成生物学的新遗传工具,以更好地控制基因 细胞内的表达。这个新颖的工具基于重新布线的蜂窝网络,并将能量转换为 生物行动。我们打算利用电磁和生物素的力量控制基因 表达。我们的目标是设计多重基因排列,融合蛋白和转录因子,以便 可以通过电磁场(EMF)远程控制。这种独特的人造蜂窝机械将使用 激活特定转录因子并随后打开基因的生物光原理 最高精度转录。 在第一个目标中,我们将开发和发展一个遗传编码的生物磁开关,该开关可以将EMF转换为 光子。同时,在第二个目标中,我们将开发与与之互动的正交转录机制 生物磁开关并控制转录,而无需与任何内源信号通路相互作用。 最后,在第三个目标中,我们将在相关动物模型中测试体内的合成电路。 该磁电流电路将绕过当前化学,光学和磁方法的局限性 通过允许在高度精确的基因表达的基因靶向,非侵入性遥控器中 生理上相关的时间方式。我们预计拟议的研究完成后,我们将 创建一种创新的工具,将对基础研究,药物开发和开发非常有益 下一代基于合成生物学的治疗剂。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

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