Engineering a packaging nanomotor for delivery of RNA and other molecules
设计用于递送 RNA 和其他分子的包装纳米马达
基本信息
- 批准号:7712849
- 负责人:
- 金额:$ 18.66万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2009
- 资助国家:美国
- 起止时间:2009-08-01 至 2011-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:ATP phosphohydrolaseAffinity ChromatographyAgar Gel ElectrophoresisArginineBacteriophage T4BiologicalBiological AssayCellsChargeComputer Systems DevelopmentDNADNA Groove BindingDNA PackagingDataDevicesDouble-Stranded RNAEngineeringFingersFoundationsFrequenciesGoalsHybridsIn VitroInfectionMeasurementMotorMutagenesisMutationNucleic AcidsPeptidesPharmacotherapyProteinsRNARestRoentgen RaysSchemeSepharoseShapesSolutionsSpecificityStructural BiochemistryStructural ModelsStructureSubstrate SpecificitySystemTestingTherapeuticVariantVertebral columnViral Packagingdesignds-DNAhigh throughput screeningimprovedinorganic phosphateinterestlaser tweezermutantnanobiotechnologynanomachinenovelnucleaseoverexpressionpublic health relevancesingle moleculetranslocase
项目摘要
DESCRIPTION (provided by applicant): One of the biggest challenges in nanobiotechnology is to engineer a biological component to carry out a specific task. The goal of this application is to engineer the bacteriophage T4 DNA packaging motor to translocate double stranded RNA and RNA:DNA hybrid molecules. The ability to alter the translocation specificity of the motor will greatly enhance its potential as a delivery nanomachine; adapting the existing machinery to transport a therapeutic molecule of interest into cells. The X-ray and cryo-EM structures of the phage T4 packaging motor have been recently determined. The motor protein, gp17, consists of several parts; ATPase (the engine), translocase (the wheel) and arginine finger (the spark plug). The translocation specificity is determined by a DNA binding groove that is well- separated from the rest of the motor. The shape and size of the groove fit a double stranded DNA molecule, and the distribution of positively charged residues lining the groove follows the pitch of the double helix; interacting with the backbone phosphates. These features suggest that the packaging motor is amendable to design novel motors with altered specificity. The translocation groove of gp17 will be mutagenized by error-prone and overlap extension PCR to introduce ~3 mutations per groove. Hundreds, if not thousands, of variants will be screened for the ability to translocate RNA in a high-throughput format. The his-tagged mutants will be overexpressed in E.coli and purified by affinity chromatography using 96-well Ni-Sepharose plates. An established defined in vitro packaging assay consisting of purified proheads, the packaging motor, ATP, and nucleic acid will be used to rapidly screen for RNA translocation mutants. This assay assembles the packaging machine in solution, and translocation into proheads is assessed by the presence of nuclease-protected RNA following agarose gel electrophoresis. The simplicity of this system lends itself well to the high-throughput format, allowing hundreds of mutant proteins and several different nucleic acids to be tested. The gp17 RNA translocation mutants identified in the high-throughput screen will be purified and analyzed for packaging ATPase, efficiency, and substrate specificity. Structural modeling of the mutant translocation grooves will be guided by the already determined crystal structures of the motor protein and its domains. Single molecule studies will be performed using optical tweezers to analyze motor dynamics; force, power, and rate, as well as frequency of slips or pauses; identifying subtle mechanistic differences between DNA and RNA translocation. Together, these findings will establish the design principles for further engineering of the motor to improve specificity and/or efficiency of RNA translocation. The proof of principle data generated from this application will provide a broader foundation for the application of the phage T4 packaging motor as a versatile nanomachine.
PUBLIC HEALTH RELEVANCE: A major challenge in nanobiotechnology is the ability to engineer new or improved biological devices for a specific purpose. The current application aims to use an established scheme of mutagenesis, biochemistry, structural analysis, and biophysical measurements and apply it to the design of a novel nanomachine from a well-defined viral packaging motor. This project will provide proof of principle data for the development of this system into a versatile delivery vehicle, delivering DNA, RNA, peptide, or drug therapy into the cell.
描述(由申请人提供):纳米生物技术中最大的挑战之一是设计生物成分来执行特定任务。该应用的目标是设计噬菌体 T4 DNA 包装马达,以移位双链 RNA 和 RNA:DNA 杂合分子。改变马达易位特异性的能力将大大增强其作为递送纳米机器的潜力;调整现有的机器将感兴趣的治疗分子输送到细胞中。噬菌体 T4 包装马达的 X 射线和冷冻电镜结构最近已确定。运动蛋白 gp17 由几个部分组成; ATP酶(发动机)、转位酶(车轮)和精氨酸指(火花塞)。易位特异性由与电机其余部分充分分离的 DNA 结合槽决定。凹槽的形状和大小适合双链DNA分子,凹槽内带正电荷的残基的分布遵循双螺旋的螺距;与主链磷酸盐相互作用。这些特征表明封装电机可以修改以设计具有改变的特异性的新型电机。 gp17 的易位槽将通过易错和重叠延伸 PCR 进行诱变,以在每个槽中引入约 3 个突变。将筛选数百个(如果不是数千个)变体,以确定其以高通量形式易位 RNA 的能力。带组氨酸标签的突变体将在大肠杆菌中过表达,并使用 96 孔 Ni-Sepharose 板通过亲和层析进行纯化。由纯化的前头、包装马达、ATP 和核酸组成的已确定的体外包装测定将用于快速筛选 RNA 易位突变体。该测定在溶液中组装包装机,并通过琼脂糖凝胶电泳后核酸酶保护的 RNA 的存在来评估易位到前头中。该系统的简单性非常适合高通量形式,允许测试数百种突变蛋白和几种不同的核酸。高通量筛选中鉴定出的 gp17 RNA 易位突变体将被纯化并分析包装 ATP 酶、效率和底物特异性。突变易位槽的结构建模将由已确定的马达蛋白及其结构域的晶体结构指导。将使用光镊进行单分子研究以分析运动动力学;力、功率和速率,以及滑倒或停顿的频率;识别 DNA 和 RNA 易位之间细微的机制差异。总之,这些发现将为进一步工程设计电机建立设计原则,以提高 RNA 易位的特异性和/或效率。该应用生成的原理数据证明将为噬菌体 T4 包装电机作为多功能纳米机器的应用提供更广泛的基础。
公共健康相关性:纳米生物技术的一个主要挑战是为特定目的设计新的或改进的生物设备的能力。当前的应用程序旨在使用诱变、生物化学、结构分析和生物物理测量的既定方案,并将其应用于从明确的病毒包装马达设计新型纳米机器。该项目将为将该系统开发为多功能输送工具提供原理数据证明,将 DNA、RNA、肽或药物治疗输送到细胞中。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
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 }}
Venigalla B. Rao其他文献
T4DNAパッケージング蛋白質gp16およびgp17の相互作用の解析
T4DNA包装蛋白gp16和gp17之间的相互作用分析
- DOI:
- 发表时间:
2005 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
藤田大悟;金丸周司;Venigalla B. Rao;有坂文雄 - 通讯作者:
有坂文雄
Viral Molecular Machines
病毒分子机器
- DOI:
10.1007/978-1-4614-0980-9 - 发表时间:
2024-09-14 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
Michael G. Rossmann;Venigalla B. Rao - 通讯作者:
Venigalla B. Rao
Human Immunodeficiency Virus Type 1 Population Genetics and Adaptation in Newly Infected Individuals
人类免疫缺陷病毒 1 型群体遗传学和新感染个体的适应
- DOI:
10.1128/jvi.01960-08 - 发表时间:
2008-12-30 - 期刊:
- 影响因子:5.4
- 作者:
Mary F. Kearney;Mary F. Kearney;F. Maldarelli;W. Shao;J. Margolick;E. S. Daar;J. Mellors;Venigalla B. Rao;John M. Coffin;Sarah Palmer - 通讯作者:
Sarah Palmer
T4DNAパッケージング蛋白質gp16およびgp17の相互作用の解析
T4DNA包装蛋白gp16和gp17之间的相互作用分析
- DOI:
- 发表时间:
2005 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
藤田大悟;金丸周司;Venigalla B. Rao;有坂文雄 - 通讯作者:
有坂文雄
Broadly neutralizing antibodies and monoclonal V2 antibodies derived from RV305 inhibit capture and replication of HIV-1.
源自 RV305 的广泛中和抗体和单克隆 V2 抗体可抑制 HIV-1 的捕获和复制。
- DOI:
- 发表时间:
2024 - 期刊:
- 影响因子:3.7
- 作者:
Jiae Kim;Zuzana Villar;O. Jobe;S. Rerks;P. Pitisuttithum;S. Nitayaphan;Robert J. O’connell;J. Ake;S. Vasan;Venigalla B. Rao;Mangala Rao - 通讯作者:
Mangala Rao
Venigalla B. Rao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('Venigalla B. Rao', 18)}}的其他基金
Structural Mechanisms Of Genome Flow In Bacteriophage T4 And Their Biomedical Applications
噬菌体T4基因组流动的结构机制及其生物医学应用
- 批准号:
10635661 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 18.66万 - 项目类别:
Single Dose, Multivalent, Anthrax Plague Vaccines using Bacteriophage T4 Nanopart
使用噬菌体 T4 Nanopart 的单剂量、多价炭疽鼠疫疫苗
- 批准号:
8694624 - 财政年份:2014
- 资助金额:
$ 18.66万 - 项目类别:
Single Dose, Multivalent, Anthrax Plague Vaccines using Bacteriophage T4 Nanopart
使用噬菌体 T4 Nanopart 的单剂量、多价炭疽鼠疫疫苗
- 批准号:
8819513 - 财政年份:2014
- 资助金额:
$ 18.66万 - 项目类别:
Single Dose, Multivalent, Anthrax Plague Vaccines using Bacteriophage T4 Nanopart
使用噬菌体 T4 Nanopart 的单剂量、多价炭疽鼠疫疫苗
- 批准号:
9000614 - 财政年份:2014
- 资助金额:
$ 18.66万 - 项目类别:
Potent Phage T4 Derived V2 Immunogens as HIV Vaccines
有效的噬菌体 T4 衍生 V2 免疫原作为 HIV 疫苗
- 批准号:
8494569 - 财政年份:2012
- 资助金额:
$ 18.66万 - 项目类别:
Potent Phage T4 Derived V2 Immunogens as HIV Vaccines
有效的噬菌体 T4 衍生 V2 免疫原作为 HIV 疫苗
- 批准号:
8410257 - 财政年份:2012
- 资助金额:
$ 18.66万 - 项目类别:
Potent Phage T4 Derived V2 Immunogens as HIV Vaccines
有效的噬菌体 T4 衍生 V2 免疫原作为 HIV 疫苗
- 批准号:
8685883 - 财政年份:2012
- 资助金额:
$ 18.66万 - 项目类别:
Potent Phage T4 Derived V2 Immunogens as HIV Vaccines
有效的噬菌体 T4 衍生 V2 免疫原作为 HIV 疫苗
- 批准号:
8868023 - 财政年份:2012
- 资助金额:
$ 18.66万 - 项目类别:
Engineering a packaging nanomotor for delivery of RNA and other molecules
设计用于递送 RNA 和其他分子的包装纳米马达
- 批准号:
7904763 - 财政年份:2009
- 资助金额:
$ 18.66万 - 项目类别:
Multivalent Plague, Anthrax Vaccines Using Bacteriophage T4 Display
使用噬菌体 T4 展示多价鼠疫、炭疽疫苗
- 批准号:
7783779 - 财政年份:2009
- 资助金额:
$ 18.66万 - 项目类别:
相似国自然基金
Mpro蛋白靶向亲和层析定向挖掘白及属中药抗新冠肺炎活性芪类成分
- 批准号:
- 批准年份:2022
- 资助金额:33 万元
- 项目类别:地区科学基金项目
原子水平一体化构建腺相关病毒亲和层析介质及分子设计基础
- 批准号:
- 批准年份:2020
- 资助金额:63 万元
- 项目类别:面上项目
基于凝集素芯片与凝集素亲和层析技术的参芪扶正注射液联合 IFN-α对肝癌切除术后复发转移干预机制的糖蛋白组学研究
- 批准号:81803954
- 批准年份:2018
- 资助金额:23.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
基于生物质谱和亲和层析策略的大肠杆菌O157: H7特异性抗体的靶蛋白及多肽抗原表位的鉴定与研究
- 批准号:31701680
- 批准年份:2017
- 资助金额:25.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
治疗SLE复方中的抗炎物质分离及对狼疮活动干预机制的研究
- 批准号:81673857
- 批准年份:2016
- 资助金额:55.0 万元
- 项目类别:面上项目
相似海外基金
Engineering a packaging nanomotor for delivery of RNA and other molecules
设计用于递送 RNA 和其他分子的包装纳米马达
- 批准号:
7904763 - 财政年份:2009
- 资助金额:
$ 18.66万 - 项目类别: