Synthetic DNA-free Circuits for “Scarless” Programming of Mammalian Cells

用于哺乳动物细胞“无痕”编程的合成无 DNA 电路

基本信息

  • 批准号:
    10379933
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 24.9万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-04-10 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract Mammalian synthetic biology aims to rationally program the behavior of cells with synthetic molecular circuits, and it holds great promises for diverse biomedical fields such as cell fate reprogramming and oncolytic virology. Synthetic circuits have been predominantly constructed with transcription factors, and delivered on DNA-based vectors that are compatible with transcriptional regulation but may insert into and mutagenize the host genome. Protein-level circuits would potentially operate faster, compute in parallel in subcellular compartments, and interface directly with cell endogenous inputs/outputs. They would also enable the development of RNA-based vectors with lower mutagenic risks, because protein-level circuits can serve as both cargos that functions properly even when expressed from an RNA vector, and as controllers for RNA viruses through regulation of essential viral proteins. However, despite researchers' efforts, protein circuits have been limited to a few ad hoc examples, because existing protein components, unlike transcriptional units, lack composability (the ability to select and assemble modular building blocks differently for different tasks). In our preliminary study, we successfully engineered viral proteases as composable elements for protein-level circuits, and demonstrated a broad variety of functions. Building upon the initial success, I will enhance the capability of protease circuits, and concurrently develop a RNA vector for their delivery. To better couple protease circuits to cell endogenous inputs/outputs, I will build detection modules that converts specific proteins' presence and signaling events into protease activity, and execution modules that knock down endogenous proteins. To meet a larger input/output palette with expanded computing capacity, I will mine more orthogonal proteases and engineer them to be regulatable by other proteases. Meanwhile, to facilitate the optimization of more complex circuits and to explore its unique features compared to traditional transcriptional circuits, I will establish a computational framework for simulating protease circuits. As for delivery, I will engineer a negative-strand RNA virus into a vector by regulating essential viral proteins with protease circuits to achieve safety and cell-type specificity. I will also test the limit of the vector's cargo capacity and explore strategies to raise the limit. All told, my project will engender a more powerful platform for constructing and delivering DNA-free synthetic circuits into mammalian cells. My career goal is to lead my independent research group devoted to establishing a general-purpose toolkit for non-mutagenic manipulation of mammalian cells. During the K99 phase, I will continue to receive in- depth quantitative and mathematical training from Dr. Elowitz and our collaborators, and acquire key experimental techniques from my consultants. I will also have demonstrated the feasibility of the basic designs behind each aim. My trained skills, as well as individual designs, will come together in the R00 phase, give rise to more complex circuits with direct biomedical relevance, and lay the foundation for my future career.
抽象的 哺乳动物合成生物学旨在利用合成分子合理地编程细胞的行为 它在细胞命运重编程和溶瘤等不同生物医学领域具有广阔的前景 病毒学。合成电路主要是用转录因子构建的,并传递到 基于 DNA 的载体,与转录调控兼容,但可能插入并诱变 宿主基因组。蛋白质级电路可能会运行得更快,在亚细胞中并行计算 室,并直接与细胞内源性输入/输出接口。他们还将使 开发具有较低诱变风险的基于 RNA 的载体,因为蛋白质水平电路可以充当 即使从 RNA 载体表达,这两种货物也能正常发挥作用,并作为 RNA 的控制器 病毒通过调节必需的病毒蛋白。然而,尽管研究人员做出了努力,蛋白质电路 仅限于几个特别的例子,因为现有的蛋白质成分与转录单位不同, 缺乏可组合性(针对不同任务以不同方式选择和组装模块化构建块的能力)。 在我们的初步研究中,我们成功地将病毒蛋白酶设计为可组合元件 蛋白质级电路,并展示了多种功能。在初步成功的基础上,我将 增强蛋白酶电路的能力,同时开发用于递送它们的RNA载体。为了更好 将蛋白酶电路与细胞内源性输入/输出耦合,我将构建将特定的 蛋白质的存在和蛋白酶活性的信号事件,以及击倒的执行模块 内源性蛋白质。为了满足更大的输入/输出调色板和扩展的计算能力,我将挖掘更多 正交蛋白酶并将其改造为可被其他蛋白酶调节。同时,为方便 优化更复杂的电路并探索其与传统转录相比的独特功能 电路,我将建立一个模拟蛋白酶电路的计算框架。至于送货,我会 通过用蛋白酶电路调节必需的病毒蛋白,将负链 RNA 病毒设计成载体 以实现安全性和细胞类型特异性。我也会测试载体的载货能力极限并探索 提高限制的策略。总而言之,我的项目将产生一个更强大的平台来构建和 将无 DNA 的合成电路传递到哺乳动物细胞中。 我的职业目标是领导我的独立研究小组致力于建立一个通用目的 用于哺乳动物细胞非诱变操作的工具包。在K99阶段,我将继续收到- 来自 Elowitz 博士和我们的合作者的深度定量和数学培训,并获得关键 我的顾问的实验技术。我还将展示基本设计的可行性 每个目标的背后。我训练有素的技能,以及个人设计,将在R00阶段汇集在一起​​,产生 到与生物医学直接相关的更复杂的电路,并为我未来的职业生涯奠定基础。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Protease-controlled secretion and display of intercellular signals.
蛋白酶控制的细胞间信号的分泌和显示。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022-02-17
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Vlahos, Alexander E;Kang, Jeewoo;Aldrete, Carlos A;Zhu, Ronghui;Chong, Lucy S;Elowitz, Michael B;Gao, Xiaojing J
  • 通讯作者:
    Gao, Xiaojing J
Modular, programmable RNA sensing using ADAR editing in living cells.
在活细胞中使用 ADAR 编辑的模块化、可编程 RNA 传感。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    46.9
  • 作者:
    Kaseniit, K Eerik;Katz, Noa;Kolber, Natalie S;Call, Connor C;Wengier, Diego L;Cody, Will B;Sattely, Elizabeth S;Gao, Xiaojing J
  • 通讯作者:
    Gao, Xiaojing J
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Xiaojing J Gao其他文献

Xiaojing J Gao的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Xiaojing J Gao', 18)}}的其他基金

A Novel Class of Synthetic Receptors to Empower the Age of mRNA Therapies
一类新型合成受体将推动 mRNA 治疗时代的到来
  • 批准号:
    10687517
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 24.9万
  • 项目类别:
Program the Immune System against RAS-driven Cancer
对免疫系统进行编程以对抗 RAS 驱动的癌症
  • 批准号:
    10612257
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 24.9万
  • 项目类别:
Cancer Classifiers Based on RNA Sensors in Living Cells
基于活细胞中 RNA 传感器的癌症分类器
  • 批准号:
    10570559
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 24.9万
  • 项目类别:
Cancer Classifiers Based on RNA Sensors in Living Cells
基于活细胞中 RNA 传感器的癌症分类器
  • 批准号:
    10707194
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 24.9万
  • 项目类别:
Synthetic DNA-free Circuits for “Scarless” Programming of Mammalian Cells
用于哺乳动物细胞“无痕”编程的合成无 DNA 电路
  • 批准号:
    10115864
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 24.9万
  • 项目类别:

相似国自然基金

局灶节段硬化性肾小球肾炎中FSTL3通过DC-SIGN促足细胞凋亡的作用研究
  • 批准号:
    82300796
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
凋亡小体通过ACKR3介导巨噬细胞重编程对狼疮的疗效及机制研究
  • 批准号:
    82302053
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
内质网应激通过m6A甲基化调控牛卵巢颗粒细胞坏死性凋亡机制研究
  • 批准号:
    32372887
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
肿瘤特异性转录本MARCO-TST通过调控AIF核转位抑制细胞凋亡介导HER2阳性乳腺癌治疗耐药的机制研究
  • 批准号:
    82303808
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
酶响应性纳米递药系统通过靶向调控滑膜成纤维细胞凋亡治疗类风湿性关节炎的研究
  • 批准号:
    32301192
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

ATG13: A new player in ME/CFS
ATG13:ME/CFS 的新玩家
  • 批准号:
    10666899
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 24.9万
  • 项目类别:
Cardiac resident macrophages in AV node conduction
心脏常驻巨噬细胞参与房室结传导
  • 批准号:
    10532806
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 24.9万
  • 项目类别:
Cardiac resident macrophages in AV node conduction
心脏常驻巨噬细胞参与房室结传导
  • 批准号:
    10365141
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 24.9万
  • 项目类别:
Synthetic DNA-free Circuits for “Scarless” Programming of Mammalian Cells
用于哺乳动物细胞“无痕”编程的合成无 DNA 电路
  • 批准号:
    10115864
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 24.9万
  • 项目类别:
Development and Mechanistic Studies of an Engineered Human Enzyme to Abrogate Immune Suppression due to Elevated Methylthioadenosine (MTA) by MTAP null/low Tumors
一种工程化人类酶的开发和机制研究,用于消除 MTAP 无效/低肿瘤导致的甲硫腺苷 (MTA) 升高引起的免疫抑制
  • 批准号:
    10661577
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 24.9万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了