基于多肽/DNA超分子组装构筑的人工病毒及其应用
批准号:
21872173
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
曹美文
依托单位:
学科分类:
胶体与界面化学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
郗丽君、陈金射、赵文婧、卢沙、王瑜、沈阳、崔丙顺
中文摘要
病毒是衣壳蛋白和核酸之间通过非共价相互作用形成的超分子组装结构,模拟其结构进行人工病毒的构筑是认识病毒作用机制和发展非病毒载体的重要途径,具有重要的理论意义和应用价值。本项目拟开展“基于多肽/DNA超分子组装构筑的人工病毒及其应用”研究,通过合理的分子设计调控多肽的自组装行为,形成模拟衣壳蛋白结构特征的组装基元,然后与DNA共组装构筑人工病毒,考察其在基因转染和治疗中的应用,同时将荧光基团引入人工病毒,实现基因治疗和自我示踪功能的集成。项目研究将建立多肽分子设计的指导性原则,获得简单高效且易于大量制备的肽分子体系,通过多肽/核酸的超分子组装获得结构高度规整的人工病毒,突破当前分子组装体系难以实现高仿真病毒结构模拟的瓶颈。此类人工病毒不仅在组成、结构和功能等各个方面都接近于天然病毒,而且有可设计性强、结构动态可控、生物相容性高、易于功能化等优点,有望实现智能、高效的基因治疗作用。
英文摘要
Natural viruses can be taken as supramolecular assemblies formed by capsid proteins and nucleic acids via various non-covalent interactions. To construct the artificial viruses by mimicking the virus’ supramolecular assembly is an important strategy to probe into their functional mechanisms as well as to develop non-viral gene vectors, which is of great significance in both theoretical aspect and practical applications. The current project proposes the study of ‘Fabrication of Artificial Viruses from the Peptide/DNA Supramolecular Assembly and Their Applications’. We will firstly design peptides with varied molecular structures, controlling their self-assembling behaviors to form self-assembled structures that mimic well the capsid protein structural characteristics. Then the artificial viruses will be constructed from the peptide/DNA co-assembly. We will further our study to apply the artificial viruses in gene transfection and gene therapy. Simultaneously we will introduce fluorophores into the artificial viruses so as to realize the integrated function of gene therapy and self-tracing. The project will establish the guiding rules for peptide molecular design and obtain simple, efficient and versatile molecular systems that can interact with nucleic acids via supramolecular assembly to form artificial viruses with high structural regularity and stability. It will lead to a breakthrough in mimicking the virus’ structural characteristics by molecular self-assembly. The peptide/DNA supramolecular assemblies can not only mimic well the natural viruses from the aspects of composition, structure and function, but also have advantages of easy design, dynamic and controllable structures, high biocompatibility, and ready for functioning. Therefore, they are hopefully to realize smart and efficient gene therapeutic effect.
在国家自然科学基金面上项目“基于多肽/DNA超分子组装构筑的人工病毒及应用”资助下,开展了大量系统的研究工作。首先,设计合成了多个系列的肽分子,包括基于弹性蛋白单元(VPGVG)的短肽、酶刺激响应性短肽(Nap-FFGPLGLA(RK)n-NH2)、多功能多巯基肽((CKn)mC、(CRn)mC)等,通过分子结构的设计来调控肽分子的物理化学性质和组装行为;接下来,系统研究了它们在水溶液及生理条件下的分子自组装行为,获得了多种不同的自组装结构,并筛选出能够模拟衣壳蛋白结构特征的自组装体(如(CK5)2C自组装球状结构);进一步,将筛选得到的肽分子与DNA共组装,研究了它们的共组装结构及组装机制,以及对DNA的保护使其不被酶解,从结构上模拟了天然病毒的结构特征(如(CK5)2C/DNA共组装分级结构);然后,将所构筑的人工病毒用于质粒的胞内递送和基因转染,获得多个高效基因递送和转染体系,实现了对天然病毒功能特征的模拟。.项目研究建立了多肽分子设计的指导性原则,获得了简单高效且易于大量制备的肽分子体系,通过多肽/核酸的超分子组装成功了多个人工病毒。这些人工病毒不仅在组成、结构和功能等各个方面都接近于天然病毒,而且有可设计性强、结构动态可控、生物相容性高、易于功能化等优点,有望实现智能、高效的基因治疗作用。该项目研究所开发的非病毒载体构筑方法具有重要的理论意义和应用价值。同时,在项目研究过程中,研究者进一步认识到蛋白和核酸之间非共价相互作用的重要性及核糖核蛋白递送在CRISPR基因编辑中的重要作用,通过超分子组装拓展出CRISPR-Cas9递送系统,向基因递送体系的实际应用转化迈出重要一步。.截至目前,在该项目资助下,已发表标注SCI论文20篇,中文核心教学论文1篇;申请发明专利7项,已授权4项,其中1项实现科技成果转化;培养硕士研究生8人,其中已毕业6人,在读2人。
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Reversible Thermoresponsive Peptide-PNIPAM Hydrogels for Controlled Drug Delivery
用于受控药物输送的可逆温敏肽-PNIPAM水凝胶
DOI:
10.1021/acs.biomac.9b01009
发表时间:
2019-09-01
期刊:
BIOMACROMOLECULES
影响因子:
6.2
作者:
[Cao, Meiwen, Wang, Yu, Lu, Jian Ren]
通讯作者:
Lu, Jian Ren
Smart and Selective Cancer-Killing Peptides with Cell Penetrating Sequence and Dual-Targeting Mechanism
具有细胞穿透序列和双靶向机制的智能选择性杀癌肽
DOI:
10.1016/j.colsurfa.2019.124185
发表时间:
2020-02
期刊:
Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects
影响因子:
--
作者:
[Yu Wang, Jiaming Xuan, Wenjing Zhao, Zhen Ding, Lan Zhang, Rui Du, Anle Zhang, Yilin Wang, Dongxiang Li, Meiwen Cao]
通讯作者:
Meiwen Cao
DOI:
10.1016/j.ccr.2019.06.013
发表时间:
2019
期刊:
Coordination Chemistry Reviews
影响因子:
作者:
[Meiwen Cao, Ruirui Xing, Rui Chang, Yu Wang, Xuehai Yan]
通讯作者:
Xuehai Yan
Sulfate ion-triggered self-assembly transitions of amphiphilic short peptides by force balance adjustment
通过力平衡调节硫酸根离子触发两亲性短肽的自组装转变
DOI:
10.1016/j.colsurfa.2022.128252
发表时间:
2022-01
期刊:
Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects
影响因子:
--
作者:
[Qun Zhang, Yang Liu, Teng Xie, Yangnan Shang-guan, Maozhang Tian, Qinghua Zhang, Meiwen Cao]
通讯作者:
Meiwen Cao
Peptide-Mediated Synthesis of Zeolitic Imidazolate Framework-8 with Controllable Morphology and Size
肽介导合成具有可控形态和尺寸的沸石咪唑酯骨架-8
DOI:
10.1021/acs.langmuir.0c02496
发表时间:
2020
期刊:
Langmuir
影响因子:
3.9
作者:
[Jiaming Xuan, Yang Liu, Xiaomin Xu, Zhen Ding, Ziwei Zhuang, Zhang Yuxin, Yan Yunpeng, Meiwen Cao, Shengjie Wang, Yongqing Xia, Li Sun]
通讯作者:
Li Sun
共 20 条
基于多肽组装构筑Cas9-sgRNA核糖核蛋白递送载体
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:60万元
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批准年份:2021
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负责人:曹美文
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依托单位:
两亲性短肽的细胞内自组装研究
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批准号:21473255
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项目类别:面上项目
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资助金额:88.0万元
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批准年份:2014
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负责人:曹美文
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依托单位:
肽核酸(PNA)基两亲分子的设计、合成及性质研究
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批准号:21003160
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2010
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负责人:曹美文
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依托单位:
国内基金
海外基金