Viral block co-capsid coating for DNA origami
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2024-03-12
Department
Major/Subject
Biotechnology
Mcode
CHEM3022
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
68+11
Series
Abstract
Viral capsid proteins have the unique ability to self-assemble into various shapes, most commonly adapting icosahedral or helical capsid symmetries. The capsid assembly is regulated by the environmental pH, ionic strength, and size of the viral genome. Cowpea chlorotic mottle virus (CCMV) can adapt various morphologies based on environmental conditions. Additionally, its capsid proteins can be directed to assemble into well-defined shapes using DNA origami as a template. The aim of this thesis is to create a block-like capsid coating for DNA origami using two capsid protein types. This requires site-specific control of the growth of tube-like CCMV capsid protein assemblies, utilizing 6HB DNA origami as an assembly platform. To this end, the electrostatic interactions between the capsid proteins and the DNA origami were eliminated. Site-specific nucleation along the structures was achieved by complementary base pairing between DNA-functionalised proteins and DNA origami structures equipped with single-stranded DNA overhangs. Further growth was enabled by the addition of plain capsid proteins. The success functionalising the capsid protein with single-stranded DNA was evaluated using SDS-PAGE and mass spectrometry. The 6HB coating was analysed using agarose gel electrophoresis and transmission electron microscopy. The results suggest that the functionalised proteins bind to the origami structure. However, due to the low yield of the functionalised proteins, most nucleation sites remained unoccupied. In addition, it cannot be conclusively stated if a capsid coating is growing from the nucleation site. The coating could be aided with the use of positively charged native CCMV capsid proteins. If successful, co-capsid coating for DNA origami could have potential for many biomedical applications such as vaccines or drug delivery systems.Viruskapsidiproteiineilla on ainutlaatuinen kyky itsejärjestäytyä useisiin muotoihin, useimmiten omaksuen ikosaedrisen tai helikaalisen symmetrian. Kapsidin itsejärjestäytymistä ohjaa ympäristön pH, ionivahvuus sekä virusgenomin koko. Lehmäpavun kloroosiläikkävirus (CCMV) omaksuu erilaisia muotoja riippuen ympäristön olosuhteista. Lisäksi sen kapsidiproteiinit voidaan ohjata kasautumaan määriteltyihin muotoihin käyttämällä DNA-origamia kokoonpanoalustana. Tämän opinnäytetyön tavoitteena on luoda lohkomainen kapsidiproteiinipäällyste DNA-origamille käyttäen kahta viruskapsidityyppiä. Tämä vaatii paikkakohtaista CCMV-kapsidiproteiinikokoonpanojen kasvun hallintaa käyttämällä 6HB DNA-origamia kokoonpanoalustana. Tämän mahdollistamiseksi kapsidiproteiinien ja DNA-origamin välinen sähköstaattinen vuorovaikutus eliminoitiin. Paikkasidonnainen nukleaatio origamirakennetta pitkin saavutettiin hyödyntäen kapsidiproteiini-DNA -konjugaatin ja origamirakenteen yksijuosteisten ulokkeiden välistä komplementaarista emäspariutumista. Päällysteen kasvu origamirakennetta pitkin mahdollistettiin lisäämällä näytteeseen vapaita kapsidiproteiinipartikkeleita. Kapsidiproteiini-DNA -konjugaatin muodostumista analysoitiin SDS-polyakryyliamidigeelielektroforeesia ja massaspektrometriaa hyödyntäen. 6HB:n päällystymistä analysoitiin agaroosigeelielektroforeesilla ja läpäisyelektronimikroskopialla. Tulokset osoittivat, että DNA-toiminnalliset proteiinit kiinnittyvät origamirakenteeseen. Tästä huolimatta useimmat nukleaatiopaikat pysyivät vapaana, johtuen kapsidiproteiini-DNA -konjugaatin matalasta saannosta. Lisäksi ei voida kiistatta sanoa, että kapsidiproteiinipinnoite muodostuisi origamirakennetta pitkin. Päällystymistä voitaisiin mahdollisesti avustaa hyödyntämällä natiivi CCMV-kapsidiproteiineja. Onnistuessaan DNA-origamin lohkomainen päällystys voisi osoittautua hyödylliseksi useissa biolääketieteen sovelluksissa, kuten rokotteissa ja lääkekuljettimissa.Description
Supervisor
Kostiainen, MauriThesis advisor
Seitz, IrisKeywords
CCMV, viral capsid protein, DNA origami, nanotechnology
