Aalto-yliopisto

Tutkijat kehittivät menetelmän virusten kapsidiproteiinien uudelleenmuotoiluun

Jaa
Tutkijat ovat kehittäneet uuden DNA- ja RNA-origaminanorakenteita hyödyntävän keinon virusten kapsidiproteiinien järjestämiseen haluttuihin muotoihin. Tuloksesta voi olla monenlaista hyötyä biolääketieteessä.
DNA-origaminanorakenteita (sininen) voidaan hyödyntää viruspartikkelien (harmaa) jäsentelyyn haluttuihin muotoihin. Alkuperäinen kapsidiproteiini on kuvattuna vihreä-harmaana. Kuva: Mauri Kostiainen / Aalto-yliopisto
DNA-origaminanorakenteita (sininen) voidaan hyödyntää viruspartikkelien (harmaa) jäsentelyyn haluttuihin muotoihin. Alkuperäinen kapsidiproteiini on kuvattuna vihreä-harmaana. Kuva: Mauri Kostiainen / Aalto-yliopisto

Tutkijat ovat kehittäneet keinon ohjelmoida viruspartikkelien kokoa ja muotoa käyttämällä DNA:sta muokattuja malleja ohjaamaan kapsidiproteiinien järjestymistä. Tulokset on juuri julkaistu Nature Nanotechnology -lehdessä.

Virusten genomin sisällään pitäviä kapsidiproteiineja voidaan hyödyntää tarkkaan määriteltyjen proteiinirakenteiden valmistamiseen. Syntyvät rakenteet ovat kuitenkin riippuvaisia viruksen kannasta, ja ovat yleisesti muodoltaan joko ikosaedrisia tai helikaalisia. Näiden kokoonpanojen uudelleenohjelmointi avaa uusia mahdollisuuksia esimerkiksi rokotteiden kehittämisessä ja lääkkeiden kuljettamisessa elimistön sisällä.

Aalto-yliopiston tutkijoiden johtamaan ryhmään osallistui tutkijoita Helsingin ja Tampereen yliopistoista, sekä australialaisen Griffithin ja alankomaalaisen Twenten yliopistoista. Tavoitteeseen päästäkseen tutkijat poistivat viruksen normaalin genomin, jonka ympärille kapsidiproteiinit tavallisesti rakentuvat. Uuden mallin jäykkyyden varmistamiseksi he käyttivät DNA-origamirakenteita. Nämä rakenteet ovat vain kymmenistä satoihin nanometreihin pitkiä, mutta koostuvat kokonaan DNA:sta, joka voidaan laskostaa haluttuun muotoon.

”Lähestymistapamme perustuu DNA-nanorakenteiden negatiivisen varauksen ja kapsidiproteiinien positiivisesti varautuneen alueen välisiin sähköstaattisiin vuorovaikutuksiin, sekä yksittäisten proteiinien välisiin luontaisiin vuorovaikutuksiin. Muuttamalla käytettyjen proteiinien määrää pystyimme säätelemään DNA-origamia ympäröivien, järjestäytyneiden proteiinikerrosten määrää”, kertoo tutkimuksen pääkirjoittaja, väitöskirjatutkija Iris Seitz.

”Käyttämällä DNA-origamia mallina pystyimme ohjaamaan viruksen kapsidiproteiinit haluamaamme kokoon ja muotoon, jolloin saimme aikaan sekä pituudeltaan että halkaisijaltaan tarkkaan määriteltyjä rakenteita. Lisäksi testaamalla erilaisia DNA-origamirakenteita saimme tietoa eri mallien muodon vaikutuksesta proteiinien muodostamiin rakenteisiin”, Seitz jatkaa.

Korkealuokkaisen kryoelektronimikroskopiakuvauksen avulla tutkijat pystyivät visualisoimaan hyvin järjestäytyneet proteiinit ja mittaamaan erilaisista malleista johtuvat pienetkin muutokset rakenteiden geometriassa.

”Löysimme yksinkertaisen, mutta toimivan keinon kapsidiproteiinien ohjaamiseksi haluttuun muotoon. Lähestymistapamme on monikäyttöinen eikä rajoitu vain yhteen kapsidiproteiinityyppiin, kunhan proteiinilla vain on positiivisesti varautunut alue. Osoitimme tämän neljän eri viruksen kapsidiproteiineilla. Lisäksi mallia voidaan säätää sovelluskohtaisesti, esimerkiksi integroimalla origamiin RNA:ta, josta voidaan myöhemmin tuottaa proteiineja”, sanoo tutkimushanketta johtanut professori Mauri Kostiainen.

Vaikka DNA-origamirakenteet vaikuttavat lupaavilta biologisissa järjestelmissä, ne kärsivät silti epävakaudesta, etenkin jos läsnä on DNA:ta hajottavia entsyymejä.

”Testatessamme, miten entsyymit hajottavat DNA-rakenteita huomasimme selvästi, että proteiinikerros suojaa tehokkaasti kapseloituja DNA-nanorakenteita hajoamiselta. Yhdistämällä tämä suojaus nukleiinihappo-origamin toiminnallisiin ominaisuuksiin, kuten mahdollisuuteen toimittaa DNA:ta tai lähetti-RNA:ta yhdessä muiden molekyylien kanssa, uskomme että lähestymistapamme tarjoaa mielenkiintoisia tulevaisuuden suuntia biolääketieteelle”, professori Kostiainen sanoo.

Linkki julkaisuun Nature Nanotechnology -lehdessä: https://www.nature.com/articles/s41565-023-01443-x

Avainsanat

Yhteyshenkilöt

Iris Seitz
Väitöskirjatutkija
Aalto-yliopisto
iris.seitz@aalto.fi


Mauri Kostiainen
Professori
Aalto-yliopisto
mauri.kostiainen@aalto.fi

Kuvat

DNA-origaminanorakenteita (sininen) voidaan hyödyntää viruspartikkelien (harmaa) jäsentelyyn haluttuihin muotoihin. Alkuperäinen kapsidiproteiini on kuvattuna vihreä-harmaana. Kuva: Mauri Kostiainen / Aalto-yliopisto
DNA-origaminanorakenteita (sininen) voidaan hyödyntää viruspartikkelien (harmaa) jäsentelyyn haluttuihin muotoihin. Alkuperäinen kapsidiproteiini on kuvattuna vihreä-harmaana. Kuva: Mauri Kostiainen / Aalto-yliopisto
Lataa

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu 12 000 opiskelijaa ja yli 4000 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.  

Tilaa tiedotteet sähköpostiisi

Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.

Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto

Nimitys: Professori Jyri Hämäläinen Aalto-yliopiston tutkimuksesta vastaavaksi vararehtoriksi18.9.2023 12:33:53 EEST | Tiedote

Aalto-yliopiston hallitus on nimittänyt professori Jyri Hämäläisen Aalto-yliopiston tutkimuksesta vastaavaksi vararehtoriksi 1.12.2023 alkaen viisivuotiskaudeksi. Hän seuraa tehtävässä Ossi Naukkarista, jonka kausi päättyy 31.10.2023. Tekniikan tohtori, professori Jyri Hämäläinen toimi Sähkötekniikan korkeakoulun dekaanina vuosina 2015–2023 ja varadekaanina vuosina 2014–2015. Hänet nimitettiin määräaikaiseksi professoriksi Teknilliseen korkeakouluun vuonna 2008 ja Aalto-yliopiston vakinaisen professuurin hän sai vuonna 2013. Ennen Aalto-yliopistoon tuloaan hän työskenteli Oulun yliopistossa ja teollisuudessa, muun muassa Nokia Networks -yhtiössä. Jyri Hämäläisellä on 240 tieteellistä julkaisua ja 37 patenttia tai patenttihakemusta Yhdysvalloissa. Hän on Oulun yliopiston dosentti ja Teknillisten Tieteiden Akatemian jäsen. Jyri Hämäläinen on suorittanut tohtorintutkinnot sovelletusta matematiikasta (FT) Oulun yliopistossa ja tietoliikenteen signaalin käsittelystä (TkT) Teknillisessä kork

Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.

Tutustu uutishuoneeseemme