Genexpression von einzelsträngiger zirkulärer DNA - eine neue Komponente für synthetische Genschaltkreise in vitro und in vivo

• Antragsteller: Professor Dr. Friedrich Simmel
• Fachliche Zuordnung: Biochemie ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468955252

In diesem Projekt soll die Verwendung von zirkulären einzelsträngigen DNA-Molekülen als schaltbare Genfähren für die Genexpression untersucht werden. In der Biologie tritt zirkuläre einzelsträngige DNA als genomische DNA oder Replikationszwischenprodukt von Viren und Bakteriophagen auf. Andererseits hat die DNA-Nanotechnologie eine Vielzahl an Methoden entwickelt, um schaltbare molekulare Strukturen aus DNA-Einzelsträngen zu erzeugen. Insbesondere verwendet die bekannte DNA-Origami-Technik häufig zirkuläre, einzelsträngige DNA von Bakteriophagen als sogenannte „Gerüststränge“. Diese Gerüststränge werden dann mit Hilfe von kurzen, komplementären DNA „Klammer“-Strängen in bestimmte nanoskalige Formen „gefaltet“. Im Gegensatz zur Origami-Technik werden wir hier zirkuläre Einzelstrang-DNA-Moleküle verwenden, die Gensequenzen zur Expression in eukaryotischen oder bakteriellen Zellen oder Zellextrakten enthalten. Wir werden untersuchen, ob und wie die intramolekulare Faltung solcher zirkulären Einzelstrang-DNA-Moleküle Einfluss darauf hat, wie sie im biologischen Kontext verarbeitet werden. Vorläufige Experimente zeigen, dass zirkuläre DNA in vitro in doppelsträngige Form umgewandelt werden kann und dass Proteine in vivo aus den kodierenden Regionen solcher Stränge exprimiert werden können. Die Modulation der Struktur der zirkulären Stränge und der Einbau in Origami-Strukturen werden mithin zur Kontrolle dieser Prozesse verwendet werden, um daraus schaltbare Genfähren und Expressionsplattformen zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jie Song