Structural Mechanisms Of Genome Flow In Bacteriophage T4 And Their Biomedical Applications
噬菌体T4基因组流动的结构机制及其生物医学应用
基本信息
- 批准号:10635661
- 负责人:
- 金额:$ 48.48万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-02-15 至 2028-01-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:Archaeal VirusesBacteriophage T4BacteriophagesBindingBiochemistryCapsidCategoriesCellsCessation of lifeComplexCryoelectron MicroscopyDNADNA PackagingDNA StructureDataData CollectionDefectDegenerative DisorderDiseaseDockingDuchenne muscular dystrophyDystrophinExperimental DesignsFutureGene DeliveryGenesGeneticGenomeHeadHumanIn VitroIndividualInfectionInterdisciplinary StudyInvestigationKnowledgeLengthLentivirusLife Cycle StagesLigandsMeasuresModelingMolecularMolecular ConformationMotorMuscleMuscle CellsMuscular DystrophiesMyopathyNanovirusNeckOrganismPhasePhysical condensationPlanet EarthPositioning AttributePreparationProcessProteinsRegulationReporter GenesResearchResearch ProposalsResolutionSeriesStructureSurfaceSystemTailTherapeuticTimeTranslatingTranslational ResearchTranslationsTubeViralViral GenomeVirusconformational conversiondelivery vehicledensitydesignds-DNAeffective therapyexperimental studyextracellulargene therapygenetic payloadhuman diseaseimprovedin vivoinnovationmouse modelmuscular dystrophy mouse modelmutantnanocapsidnanomachinenanoparticlenanoparticle deliverynovelnucleic acid binding proteinpressureprotein complexreconstructionsealtargeted deliverytherapeutic genevectorvirology
项目摘要
This proposal aims to fill a critical knowledge gap in the assembly of icosahedral viruses; mechanisms and
controls by which a viral genome flows into and out of a virus capsid with high precision and fidelity. The tailed
dsDNA bacteriophage T4 is our model virus. The proposal will also translate this basic knowledge into a gene
therapy for muscular dystrophy, a debilitating degenerative muscular disease that causes early death.
We propose an innovative experimental design by advancing a novel “molecular valve” hypothesis. The
hypothesis states that a sophisticated molecular valve at the unique portal vertex controls genome flow into
and out of a virus capsid through dynamic structural and conformational changes.
By integrating genetics, biochemistry, and cryo-electron microscopy, we will generate a series of
asymmetric reconstructions of nanomachines in different structural and conformational states. These machines
translocate genome into virus capsid creating a pressurized condensate (inward genome flow), arrest genome
flow and position for delivery, and allow genome ejection upon encountering new host (outward genome flow).
In specific aim 1, we will generate atomic level structures of the DNA packaging machine consisting of
the portal vertex-bound packaging motor and its intermediate states during active translocation. A detailed
packaging mechanism will be formulated that will have broad implications to phages, eukaryotic and archaeal
viruses including herpes and adeno viruses. A strong work-flow has been established for preparation and data
collection of packaging complexes using a newly constructed super-charged “acidic capsid” mutant. In specific
aim 2, we will elucidate the dynamic mechanism of the neck-connector valve complex bound to portal by
generating structures in different assembly states. These structures would illustrate conformational changes in
the valve complex that lead to arrest of genome flow post-packaging and position it for delivery following tail
docking. We present a novel discovery involving the participation of a host nucleic acid binding protein Hfq in
these dynamic transactions. In specific aim 3, we will probe the mechanism of genome ejection by asymmetric
cryo-EM reconstructions of the genome ejection machine pre-infection, during-infection, and post-infection. A
preliminary cryo-EM reconstruction revealed, for the first time, density for a helical tape measure protein-DNA
complex in the innermost core of the ejection tube. In specific aim 4, we will incorporate the basic knowledge
gained from specific aims 1-3 to establish a novel, large capacity, T4 gene therapy vehicle to deliver the full-
length ~11-kb dystrophin gene into human muscle cells as well as into a muscular dystrophy mouse model.
Relying on our 42-years of expertise on T4 phage assembly and genome packaging, our synergistic
research team will uncover the basic mechanisms of genome flow in viruses and their translation into potentially
transformative phage-based gene therapeutics. These will have broad implications to virology and human
disease therapies.
该建议旨在填补二十面体病毒组装的关键知识差距。机制和
病毒基因组以高精度和忠诚度流入和流出病毒capsid的对照。尾巴
dsDNA噬菌体T4是我们的模型病毒。该提案还将这些基本知识转化为基因
肌肉营养不良的疗法,这是一种令人衰弱的退化性肌肉疾病,会导致早期死亡。
我们通过推进一种新颖的“分子瓣膜”假设来提出创新的实验设计。这
假设指出,独特的门户顶点处的复杂分子阀控制基因组流入
并通过动态结构和构象变化从病毒capsid中。
通过整合遗传学,生物化学和冷冻电子显微镜,我们将生成一系列
纳米机器在不同结构和构象状态下的不对称重建。这些机器
将基因组转化为病毒衣壳,形成加压冷凝物(内基因组流),停滞基因组
流量和输送位置,并允许遇到新宿主(向外基因组流)时进行基因组估计。
在特定目标1中,我们将生成由DNA包装机的原子水平结构
在活动易位期间,门户网站结合的包装电机及其中间状态。详细的
包装机制将制定对噬菌体,真核生物和古细菌具有广泛影响
包括疱疹和腺病毒在内的病毒。为准备和数据建立了强大的工作流程
采用新建的超级充电“酸性衣壳”突变体的包装配合物收集。具体
AIM 2,我们将阐明颈部连接阀复合物的动态机理,该复合物由门户结合到门户
在不同的组装状态下产生结构。这些结构将说明
导致基因组流量后包装并将其放置在尾巴后交付的阀复合体
停靠。我们提出了一个新的发现,涉及宿主核酸结合蛋白HFQ参与
这些动态交易。在特定的目标3中,我们将通过不对称探测基因组射血的机理
基因组射血机的冷冻EM重建,感染期间和感染后。一个
初步的冷冻EM重建,首次揭示了螺旋胶带测量蛋白-DNA的密度
在弹出管的最内核中的复合物。在特定目标4中,我们将纳入基本知识
从特定的目标1-3中获得的,以建立一种新型,大容量的T4基因治疗工具,以提供全部
长度〜11-kb肌营养不良蛋白基因进入人类肌肉细胞以及肌肉营养不良小鼠模型。
依靠我们在T4噬菌体组件和基因组包装方面的42年专业知识,我们的协同作用
研究团队将发现病毒中基因组流的基本机制,并将其转化为潜在
基于变革噬菌体的基因疗法。这些将对病毒学和人类具有广泛的影响
疾病疗法。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Venigalla B. Rao其他文献
T4DNAパッケージング蛋白質gp16およびgp17の相互作用の解析
T4DNA包装蛋白gp16和gp17之间的相互作用分析
- DOI:
- 发表时间:
2005 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
藤田大悟;金丸周司;Venigalla B. Rao;有坂文雄 - 通讯作者:
有坂文雄
Effect of ATPase-Defective Mutant Doping on Functionality and Dynamics of Single Bacteriophage T4 DNA Packaging Motors
- DOI:
10.1016/j.bpj.2020.11.398 - 发表时间:
2021-02-12 - 期刊:
- 影响因子:
- 作者:
Suoang Lu;Vishal I. Kottadiel;Li Dai;Digvijay Singh;Taekjip Ha;Venigalla B. Rao;Yann R. Chemla - 通讯作者:
Yann R. Chemla
Regulation of a Viral Packaging Motor's Grips on DNA
- DOI:
10.1016/j.bpj.2017.11.542 - 发表时间:
2018-02-02 - 期刊:
- 影响因子:
- 作者:
Mariam Ordyan;Douglas E. Smith;Venigalla B. Rao;Istiaq Alam;Marthandan Mahalingam - 通讯作者:
Marthandan Mahalingam
Analyzing DNA Packaging Initiation of Bacteriophage T4 by a Real-Time Single Molecule Fluorescence Assay
- DOI:
10.1016/j.bpj.2011.11.3497 - 发表时间:
2012-01-31 - 期刊:
- 影响因子:
- 作者:
Reza Vafabakhsh;Kiran Kondabagil;Li Dai;Zhihong Zhang;Venigalla B. Rao;Taekjip Ha - 通讯作者:
Taekjip Ha
Venigalla B. Rao的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
{{ truncateString('Venigalla B. Rao', 18)}}的其他基金
Single Dose, Multivalent, Anthrax Plague Vaccines using Bacteriophage T4 Nanopart
使用噬菌体 T4 Nanopart 的单剂量、多价炭疽鼠疫疫苗
- 批准号:
8819513 - 财政年份:2014
- 资助金额:
$ 48.48万 - 项目类别:
Single Dose, Multivalent, Anthrax Plague Vaccines using Bacteriophage T4 Nanopart
使用噬菌体 T4 Nanopart 的单剂量、多价炭疽鼠疫疫苗
- 批准号:
8694624 - 财政年份:2014
- 资助金额:
$ 48.48万 - 项目类别:
Single Dose, Multivalent, Anthrax Plague Vaccines using Bacteriophage T4 Nanopart
使用噬菌体 T4 Nanopart 的单剂量、多价炭疽鼠疫疫苗
- 批准号:
9000614 - 财政年份:2014
- 资助金额:
$ 48.48万 - 项目类别:
Potent Phage T4 Derived V2 Immunogens as HIV Vaccines
有效的噬菌体 T4 衍生 V2 免疫原作为 HIV 疫苗
- 批准号:
8494569 - 财政年份:2012
- 资助金额:
$ 48.48万 - 项目类别:
Potent Phage T4 Derived V2 Immunogens as HIV Vaccines
有效的噬菌体 T4 衍生 V2 免疫原作为 HIV 疫苗
- 批准号:
8868023 - 财政年份:2012
- 资助金额:
$ 48.48万 - 项目类别:
Potent Phage T4 Derived V2 Immunogens as HIV Vaccines
有效的噬菌体 T4 衍生 V2 免疫原作为 HIV 疫苗
- 批准号:
8685883 - 财政年份:2012
- 资助金额:
$ 48.48万 - 项目类别:
Potent Phage T4 Derived V2 Immunogens as HIV Vaccines
有效的噬菌体 T4 衍生 V2 免疫原作为 HIV 疫苗
- 批准号:
8410257 - 财政年份:2012
- 资助金额:
$ 48.48万 - 项目类别:
Multivalent Plague, Anthrax Vaccines Using Bacteriophage T4 Display
使用噬菌体 T4 展示多价鼠疫、炭疽疫苗
- 批准号:
8435493 - 财政年份:2009
- 资助金额:
$ 48.48万 - 项目类别:
Multivalent Plague, Anthrax Vaccines Using Bacteriophage T4 Display
使用噬菌体 T4 展示多价鼠疫、炭疽疫苗
- 批准号:
7644596 - 财政年份:2009
- 资助金额:
$ 48.48万 - 项目类别:
Engineering a packaging nanomotor for delivery of RNA and other molecules
设计用于递送 RNA 和其他分子的包装纳米马达
- 批准号:
7904763 - 财政年份:2009
- 资助金额:
$ 48.48万 - 项目类别:
相似国自然基金
基于T4噬菌体级联酶纳米反应器用于原位结肠癌酶动力—化学动力治疗和乏氧激活的化疗研究
- 批准号:82373104
- 批准年份:2023
- 资助金额:49.00 万元
- 项目类别:面上项目
基于T4噬菌体级联酶纳米反应器用于原位结肠癌酶动力-化学动力治疗和乏氧激活的化疗研究
- 批准号:
- 批准年份:2023
- 资助金额:49 万元
- 项目类别:
肌尾噬菌体T4的冷冻电镜结构和基因组释放机制研究
- 批准号:32371285
- 批准年份:2023
- 资助金额:50 万元
- 项目类别:面上项目
T4噬菌体晚期基因转录激活的分子机制
- 批准号:
- 批准年份:2020
- 资助金额:24 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
T4噬菌体衣壳作为基因递送载体用于实现hepcidin脑内靶向表达
- 批准号:31400857
- 批准年份:2014
- 资助金额:25.0 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
相似海外基金
Bioengineering Phage-based Biosensors with Genetic Specificity and High Sensitivity
具有遗传特异性和高灵敏度的生物工程噬菌体生物传感器
- 批准号:
10727412 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 48.48万 - 项目类别:
Mechanism and Evolutionary Design of DNA Polymerase Clamp Loaders.
DNA 聚合酶夹钳装载机的机制和进化设计。
- 批准号:
10587243 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 48.48万 - 项目类别:
Exploring novel mechanisms of antiviral immunity in bacteria.
探索细菌抗病毒免疫的新机制。
- 批准号:
10066030 - 财政年份:2020
- 资助金额:
$ 48.48万 - 项目类别:
Exploring novel mechanisms of antiviral immunity in bacteria.
探索细菌抗病毒免疫的新机制。
- 批准号:
10208818 - 财政年份:2020
- 资助金额:
$ 48.48万 - 项目类别:
Rapid Generation of Vaccine Candidates Against Novel Coronavirus (SARS-CoV-2) Using the Bacteriophage T4 Nanoparticle Platform
使用噬菌体 T4 纳米颗粒平台快速生成针对新型冠状病毒 (SARS-CoV-2) 的候选疫苗
- 批准号:
10265803 - 财政年份:2020
- 资助金额:
$ 48.48万 - 项目类别: