Podrobno

Načrtovanje in nadzor delovanja večdelnih od kalcija odvisnih transkripcijskih dejavnikov z ultrazvokom
ID Ivanovski, Filip (Avtor), ID Benčina, Mojca (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (12,04 MB)
MD5: 899FBEA5B88921922A10EF1ABCA7FE76

Izvleček
Natančen prostorski in časovni nadzor celičnih aktivnosti v globljih plasteh tkiv je eden ključnih izzivov sodobne biomedicine. Sodobni pristopi genske in celične terapije si prizadevajo razviti varne in učinkovite metode za daljinsko in lokalno aktivacijo terapevtskih genov in celic. Zaradi visoke prostorske in časovne ločljivosti ter sposobnosti prodiranja v mehka tkiva je ultrazvok obetavno orodje za tak nadzor. V okviru doktorskega dela smo razvili in ovrednotili ultrazvočno metodo za stimulacijo celic, ki omogoča zanesljiv in ponovljiv vdor Ca2? ter aktivacijo na Ca2? odzivnih transkripcijskih dejavnikov. Pri razvoju metode smo analizirali vpliv ultrazvočnih parametrov na Ca2? signalizacijo in posledično aktivacijo načrtovanih transkripcijskih dejavnikov. S pomočjo transkripcijskih dejavnikov na osnovi proteinov NFAT, z načrtovano DNA-vezavno domeno, smo te dejavnike usmerili na specifične tarčne gene in preprečili neželeno aktivacijo endogenih genov, ki jih uravnava NFAT. Funkcionalnost sistema smo potrdili in vitro ter in vivo, v več modelih mišjega ksenografta. Celice smo transplantirali pod kožo ali v peritonealno votlino miši in z ultrazvočno stimulacijo sprožili izražanje kresničkine luciferaze ali protivnetnega citokina interlevkina-10 (IL-10). Za prikaz terapevtskega potenciala metode smo celice, ki ob ultrazvočni stimulaciji izražajo IL 10, enkapsulirali v biokompatibilne cevke in jih kirurško vstavili v peritonealno votlino miši z akutnim kolitisom. Pristop je učinkovito zmanjšal znake akutnega kolitisa, induciranega z DSS, kar je odražala izboljšana morfologija in histopatologija debelega črevesa. Za povečanje modularnosti transkripcijskih dejavnikov in razširitev nabora sonogenetskih orodij smo razvili tudi deljene na Ca2? odzivne transkripcijske regulatorje (SCaTR). Razvili smo dvo- in trodelne različice, ki so ob ultrazvočni stimulaciji v celicah sprožile izražanje luciferaze ali IL-10. Pri tem smo uporabili naravne in načrtovane DNA-vezavne domene, skrajšane oblike proteinov NFAT kot prevajalce Ca2? signalov, aktivacijsko domeno ter obvite vijačnice za dimerizacijo modulov transkripcijskih dejavnikov. Da bi približali ultrazvočno metodo klinični uporabi, smo ultrazvočne parametre dalje optimizirali in skrajšali čas stimulacije z dveh ur na 30 minut. Z zvišanjem amplitude in trajanja Ca2? signalov smo povečali kumulativno koncentracijo Ca2? v celicah in posledično skrajšali čas potreben za povečano izražanje poročevalskega gena. Doktorsko delo poudarja potencial ultrazvoka kot natančnega orodja za prostorsko in časovno modulacijo gensko spremenjenih celic ter odpira nove možnosti za razvoj varnih in ciljno usmerjenih terapij.

Jezik:Slovenski jezik
Ključne besede:Kalcijeva signalizacija, ultrazvok, transkripcijski dejavniki, umetna celična vezja
Vrsta gradiva:Doktorsko delo/naloga
Organizacija:MF - Medicinska fakulteta
Leto izida:2025
PID:20.500.12556/RUL-168244 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:05.04.2025
Število ogledov:388
Število prenosov:74
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Angleški jezik
Naslov:Design and control of multipartite calcium-dependent transcription factors using ultrasound
Izvleček:
Precise spatiotemporal control of cellular activities in deep tissues is a key challenge in modern biomedicine. Current cell therapies aim to develop safe and effective methods for remote and localized activation of therapeutic genes and cells. With its high spatiotemporal resolution and ability to penetrate soft tissues, ultrasound has emerged as a promising tool for this purpose. This research focused on developing and evaluating an ultrasound-based method for cell stimulation that enables robust and reproducible Ca²⁺ influx and activation of Ca²⁺-responsive transcription factors. We analyzed the effects of ultrasound parameters on Ca²⁺ signaling and the subsequent activation of engineered transcription factors. Using NFAT-based, Ca²⁺-responsive transcription factors engineered with custom DNA-binding domains, we redirected these factors to specific target genes while preventing the activation of endogenous NFAT-regulated genes. The system's functionality was validated both in vitro and in vivo in mouse xenograft models. Cells were transplanted either subcutaneously or into the peritoneal cavity of mice, ultrasound stimulation triggered the expression of firefly luciferase or the anti-inflammatory cytokine interleukin-10 (IL-10). To demonstrate the therapeutic potential of this approach, cells engineered to express IL-10 upon ultrasound stimulation were encapsulated in biocompatible tubes and surgically implanted into the peritoneal cavity of mice with acute colitis. This strategy significantly alleviated symptoms of DSS-induced colitis, as shown by improved colon morphology and histopathology. To enhance the modularity of the transcription factors and expand sonogenetic toolset, we also developed split Ca²⁺-responsive transcription regulators (SCaTR). These included bi- and tripartite variants, which, upon ultrasound stimulation, induced the expression of luciferase or IL-10. We utilized natural and engineered DNA-binding domains, truncated NFAT proteins as Ca²⁺ signal transducers, activation domains, and coiled-coil motifs for dimerization. To facilitate the clinical translation of this ultrasound-based method, we optimized ultrasound parameters to reduce the stimulation time from two hours to 30 minutes by increasing Ca²⁺ signal amplitude and duration, which elevated cumulative intracellular Ca²⁺ concentrations. This work underscores the potential of ultrasound as a precise tool for spatiotemporal modulation of genetically engineered cells, paving the way for safe and targeted therapies.

Ključne besede:Calcium signaling, ultrasound, transcription factors, synthetic cellular circuits

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj