Spezifische DNA-bindende Moleküle als neue Transfektionsvektoren

• Antragsteller: Professor Michael Giese, Ph.D., seit 8/2019
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233924428

Wir haben eine neue Klasse kleiner peptidischerTransfektionsvektoren entwickeln können, die nicht nurTransfektionseigenschaften aufweisen, die vergleichbar sind mitstandardmäßig eingesetzten Systemen wie Lipofectamin oder PEIund zudem kaum zytotoxisch sind. Entscheidend an diesen Vektorenist die von uns entwickelte GCP-Gruppe, die als maßgeschneiderteAnionenbindungsstelle eine spezifische DNA-Bindung bewirkt.Dadurch wird auch die Kondensation der DNA in Form vonPolyplexen verbessert, was für die Zellaufnahme wichtig ist. Da dieGCP-Gruppe zudem wenig basisch ist, erleichtert sie durch einenProtonenschwamm-Effekt auch die endosomale Freisetzung der DNAnach der Aufnahme. Analoge Vektoren mit den natürlichenAminosäuren Lysin und Arginin anstelle von GCP sind völligunwirksam. Im Rahmen der ersten Förderperiode lag der Fokusprimär auf der Optimierung der DNA-Bindung und -Kondensation(z.B. durch die Variation der Aminosäuresequenz und den Einbau derGCP-Gruppe anstelle von Lys/Arg) sowie auf der Verbesserung derendosomalen Freisetzung (gezielte Nutzung des Protonenschwamm-Effekts, Hydrophobisierung der Liganden). Punkte wie die Stabilitätder freigesetzten DNA im Cytosol oder die Bedeutung derKomplexdissoziation und des Kernimports bisher noch nichtadressiert. Auch das spezifische Targeting unterschiedlicher Zellen,oder die Nutzung unserer Vektoren in komplexerenNanoformulierungen zusammen mit anderen Vektortypen sind bishervon uns nicht untersucht worden. Genau solche Fragen wollen wirnun in einer zweiten Förderperiode beantworten und dazu nebenweitergehenden mechanistischen Studien mithilfe vonFluorophormarkietern Vektoren versuchen die Transfektion gezieltdurch zwei Ansätze zu verbessern: Erleichterung derKomplexdissoziation durch den Einsatz reduktionslabiler Linker sowiedas gezielte Targeting mit spezifischen Signalmolekülen zurVerbesserung der Zellaufnahme und des Kernimports. In einem mehrexplorativen letzten Teil sollen zudem funktionalisierte Nanopartikelund Liposomen als Transportsysteme untersucht werden. Insgesamterhoffen wir uns neben neuen Erkenntnissen zum Einsatz nichtviralerVektoren in der Gentransfektion im Allgemein im Idealfall auch dieEntwicklung eines effizienten, nicht-toxischen und universelleinsetzbaren Vektors ausgehend von unseren GCP-haltigen Ligandenim speziellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Carsten Schmuck, bis 8/2019 (†)