Strategija segmentacije svežnjev štirih vijačnic
Načrtovane interakcije med proteini so odlično orodje za razvoj raznovrstnih aplikacij v sintezni biologiji in biomedicini. Z željo po razširitvi možnosti oligomerizacije so se raziskovalci s Kemijskega inštituta lotili raziskave svežnjev štirih vijačnic (4HB). Vpeljali so strategijo segmentacije 4HB, s katero so 4HB ločili na različne dele (1:3, 2:2, 1:2:1, 1:1:1:1), ki omogočajo sestavljanje do štirih različnih proteinov v proteinski kompleks. Pripravljeni oligomerizacijski moduli so bili implementirani v regulacijo sesalskih celic za sestavljanje cepljenih encimov, izražanje genov ali uravnavanje celic CAR-T. Rezultati so bili objavljeni v obliki izvirnega znanstvenega članka z naslovom Strategija segmentacije de novo načrtovanih svežnjev štirih vijačnic širi nabor oligomerizacijskih domen za regulacijo celičnih procesov v ugledni znanstveni reviji Nature Communications.
V zadnjih letih je tehnologija de novo zasnovanih proteinov omogočila velik napredek na področju sintezne biologije. Vendar pa ima de novo načrtovanje majhnih interakcijskih modulov kot so obvite vijačnice in svežnji štirih vijačnic določene omejitve. Zaradi omejenega števila aminokislin, kratkih zaporedij in strogih pravil za izbiro aminokislin na določenih pozicijah, de novo načrtovanje omogoča omejen ortogonalni nabor tovrstnih struktur. Za premagovanje teh omejitev so raziskovalci implementirali metodo segmentacije na 4HB, kar omogoča ustvarjanje različnih oligomerizacijskih domen iz enega samega 4HB.
Da bi razširili vsestranskost novo pripravljenih oligomerizacijskih domen, so implementirali segmentacije 4HB kot sintetična orodja na različne biološke procese: transkripcijske regulatorje, proteazno regulirane dimerizacijske module in proteazno kaskado, kemično inducibilne trimerizacijske module in dvojne CAR-T module za prepoznavanje različnih kombinacij ligandov na rakavih celicah.
Raziskovalni članek zajema eksperimentalno delo, ki je potekalo na Odseku za sintezno biologijo in imunologijo na Kemijskem inštitutu, predvsem doktorandke Estere Merljak, pod vodstvom prof. dr. Romana Jerale. Avtorji študije so Estera Merljak, Benjamin Malovrh in Roman Jerala.
Merljak, E., Malovrh, B. & Jerala, R. Segmentation strategy of de novo designed four-helical bundles expands protein oligomerization modalities for cell regulation. Nat Commun14, 1995 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-37765-6