ɫɫ��

Väitöskirjan nimi: Virus-mimetic structures through protein engineering and nucleic acid origami

��ä���ٳٱ������ä: Iris Seitz
�ղ����ٲ���ä���ٳ�ä��ä: Prof. Nicolas Stephanopoulos, Arizona State University, Yhdysvallat
Kustos: Prof. Mauri Kostiainen, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Virukset ovat maapallon ekosysteemin runsain ja monipuolisin biologinen kokonaisuus. Vaikka virukset aiheuttavat (vakavia) sairauksia, ne tunnetaan erinomaisista materiaali- ja itsejärjestymis-ominaisuuksistaan. Erityisesti viruksen kapsidiproteiineja – proteiineja, jotka muodostavat suojaavan ”kuoren” viruksen genomin ympärille – hyödynnetään tarkasti jäsenneltyjen proteiinirakenteiden luomisessa. Nämä viruspohjaiset rakenteet kuitenkin tyypillisesti rajoittuvat tiettyyn kokoon, muotoon ja topologiaan, jotka määräytyvät suurelta osin viruskannan mukaan. Itsejärjestymisprosessin hallinta morfologian uudelleenohjelmoimiseksi viruskannasta riippumatta olisi houkuttelevaa uusien lääkkeiden ja rokotteiden kehittämiseksi.

Tässä väitöskirjassa tutkittiin DNA-origamien – täysin DNA:sta valmistettujen, jäykkien ja räätälöityjen nanorakenteiden – toimivuutta viruksia jäljittelevien rakenteiden tuottamiseen. Positiivisesti varautuneiden kapsidiproteiinien ohjaamiseksi käyttäjän määrittelemiin kokoihin ja muotoihin hyödynnettiin erityisesti DNA-origamien negatiivista varausta, joka on peräisin DNA:n fosfaattiryhmistä. Itsejärjestymistä voidaan kuvata kuin lahjan käärimistä – proteiinit kootaan erimuotoisten DNA-origamien päälle, ja eri proteiinit toimivat kuin erilaiset käärepaperit. Näin proteiini-DNA-origamikokoonpanoille liitetään tiettyjä ominaisuuksia, jotka johtavat DNA-origamin suojaukseen, kohdentamiseen ja tehostettuun kulkeutumiseen soluihin.

Sen lisäksi, että DNA-origami toimii alustana proteiinien kokoamiselle, se voidaan myös muokata suorittamaan sovelluksen kannalta olennaisia toimintoja. DNA-origamien ohjelmoitavuutta ja rakenteellista säädettävyyttä hyödynnettiin entsyymien tarkkaan sijoittamiseen DNA-origamien pinnalle, jolloin niistä voitiin luoda biokatalyyttisiä järjestelmiä. Proteiinikuorta voitiin käyttää entsyymin ja substraatin vuorovaikutusten hallintaan. Lisäksi lähetti-RNA (mRNA) sisällytettiin DNA-origamiin. Koska mRNA on solujen lukukehys proteiinien syntetisoimiseksi – esimerkiksi terapeuttista mRNA:ta käytettiin COVID-19-rokotteissa – nämä mRNA-DNA-origamit olisi käännettävä soluissa proteiiniksi. Tätä varten tutkittiin origamirakenteiden suunnittelua, valmistusta, ja proteiinituotantoa. Väitöskirja osoittaa origamin soveltuvuuden erittäin järjestäytyneiden virusta jäljittelevien rakenteiden valmistamiseen sekä edistää toiminnallisten ja reagoivien proteiineihin ja DNA-origameihin perustuvien monikäyttöisten järjestelmien kehittämistä.

Avainsanat: DNA-origami, mRNA-DNA-origami, viruskapsidiproteiini, sähköstaattinen itsejärjestyminen, antigeenin kohdentaminen, ärsykkeisiin reagoiva, biokatalyysi

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 10 päivää ennen väitöstä):  

Yhteystiedot:
M. Sc. (Eng.) Iris Seitz 
iris.seitz@aalto.fi