Väitös biotekniikan alalta, MSc Jianhui Feng

Väitöskirjan nimi: Exploring Condensate Properties of Engineered Proteins in Cellular and in vitro Systems for Materials Design

Väittelijä: Jianhui Feng
Vastaväittäjä: Prof. Evan Spruijt, Radboud University, Alankomaat
Kustos: Prof. Markus Linder, Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Uusien synteettisten materiaalien kehittäminen on herättänyt erityistä kiinnostusta biomimeettisiin malleihin, joissa hyödynnetään proteiineja, jotka ovat monien luonnonmateriaalien ensisijainen rakennuspalikka. Todisteet viittaavat siihen, että proteiinien neste-nestefaasierottelu (LLPS) on olennainen kokoonpanovaihe materiaaleille, kuten hämähäkinsilkille ja simpukoiden liimoille, mikä mahdollistaa proteiinien esiorganisoitumisen nestemäisiksi kondensaateiksi ennen kuin ne saavat kiinteämpiä rakenteita. LLPS-mekanismi tarjoaa siis lupaavan reitin biosynteettisten materiaalien suunnitteluun. LLPS-pohjaisten proteiinikondensaattien suunnittelun ja niiden ominaisuuksien hienosäädön taustalla olevia molekyylimekanismeja materiaalisuunnittelua varten ei kuitenkaan vielä täysin ymmärretä.

Tässä väitöskirjassa tutkitaan, voisivatko solut toimia elävinä koeputkina suunniteltujen proteiinikondensaattien tunnistamiseksi ja karakterisoimiseksi. Keskeisenä painopisteenä on tutkia, missä määrin elävien solujen kondensaattikäyttäytymisestä saadut tiedot korreloivat in vitro -olosuhteissa havaittujen tietojen kanssa. Väitöskirjan tulokset osoittavat, että kondensaatin muodostuminen ja sen ominaisuudet ovat erittäin herkkiä proteiinipitoisuuksille ja ympäristöolosuhteille (esim. pH ja lämpötila). Kondensaattikäyttäytymisen korrelaatio solujen ja in vitro -järjestelmien välillä vahvistuu, kun olosuhteita säädetään vastaamaan paremmin solun olosuhteita. Lisäksi osoitamme, että hämähäkin silkkiproteiini NT2RepCT läpikäy laserin indusoiman kondensaatin geeliytymisen ja alhaisen pH:n indusoiman muutoksen nestemäisestä kondensaatista kiinteän aineen kaltaiseksi fibrillaariseksi rakenteeksi in vitro, ja molemmat käyttäytymismallit toistetaan solujärjestelmissä. Lopuksi, tutkimalla aluksi proteiinien käyttäytymistä elävissä soluissa, tunnistimme onnistuneesti sarjan uudelleensuunniteltuja liimaproteiineja, jotka voivat toimia LLPS-pohjaisina vedenalaisina liimoina, joilla on vahva sidoslujuus.

Kaiken kaikkiaan osoitamme, että insinööriproteiinien kondensaattiominaisuuksien solunsisäistä karakterisointia voitaisiin käyttää alustavana keinona muokata kondensaattiominaisuuksia in vitro insinöörimateriaalien ominaisuuksien parantamiseksi. Korostamme myös joitakin kriittisiä näkökohtia, jotka on otettava huomioon käytettäessä tätä menetelmää materiaalien kehittämiseen.

Avainsanat: Neste-nestefaasierotus, biomolekyylikondensaatit, hämähäkkisilkki, vedenalaiset liimat, solunsisäinen karakterisointi, proteiinitekniikka

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aaltodoc 

Yhteystiedot:
jianhui.feng@aalto.fi