Project

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Minimal alkene-tag for bioorthogonal site-specific protein labelling in live cells

Applicant Istrate Alena
Number 175253
Funding scheme Early Postdoc.Mobility
Research institution Department of Chemistry University of Cambridge
Institution of higher education Institution abroad - IACH
Main discipline Biochemistry
Start/End 01.11.2017 - 30.04.2019
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All Disciplines (3)

Discipline
Biochemistry
Organic Chemistry
Molecular Biology

Keywords (6)

unnatural amino acids; Diels-Alder reaction; site-specific protein labelling; bioorthogonal labelling; genetic code expansion; tetrazine fluorophores

Lay Summary (German)

Lead
Die Markierung von Proteinen kann aufschlussreiche Informationen über ihre Funktionalität und Lokalisierung in ihrer natürlichen Umgebung geben. In diesem Projekt, wollen wir die Verwendung von neuen, minimalen Aminosäure für die selektive Markierung von spezifischen Proteinen in vitro und in lebenden Zellen untersuchen. Der vorgeschlagene Ansatz bietet die Möglichkeit, biologische Prozesse zu beobachten, welche mit konventionellen Proteinmarkierungsmethoden schwer zugänglich sind.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts

Der zentrale Zweck dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer neuartigen bioorthogonalen Markierungsplattform für die selektive Untersuchung von Proteinen, sowohl in vitro wie auch in lebenden Zellen. Zu diesem Zweck, schlagen wir die Verwendung einer neuen Aminosäure (Scbc) als minimales Alken-Tag zur Proteinmarkierung vor. Im ersten Teil des Projektes planen wir eine umfangsreiche Untersuchung der Scbc-Reaktivität mit Tetrazinproben. Im zweiten Teil, bezwecken wir den genetischen Einbau von Sbcb in ein Modellprotein in E. Coli und Säugerzellen. Ausserdem soll seine Verwendbarkeit für die selektive Proteinmarkierung in lebenden Zellen untersucht werden.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Unsere Arbeit wird es erlauben, in lebenden Zellen eine spezifische Proteinmarkierung mit hoher Effizienz und minimalem Hintergrundsignal vorzunehmen. Die Erforschung von solchen Methoden ist essentiell für das Verständnis der Aufnahme und intrazellulären Wege der individuellen Proteine in ihrer ursprüglichen Umgebung. Diese Arbeit hat großes Potenzial, wertvolle Erkenntnisse über das Verhalten von krankheitsassoziierten Proteinen zu erhalten, was für die Suche nach neuen Therapien unabdingbar ist.

Direct link to Lay Summary Last update: 08.08.2017

Responsible applicant and co-applicants

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Dr Michael Deery, The Cambridge Centre for Proteomics Great Britain and Northern Ireland (Europe)
- Research Infrastructure

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Chemistry meets Biology Meeting Talk given at a conference Cyclopropenone reagents for site-selective cysteine bioconjugation 07.11.2018 Estremoz, Portugal Istrate Alena;
International Chemical Biology Society Symposium Poster Minimal-tag reagents for site-selective cysteine bioconjugation 24.09.2018 Vancouver, Canada Istrate Alena;


Abstract

Over the last decade, there was a rapid increase in a number of unnatural amino acids that can be genetically incorporated into proteins at a defined site. Combined with bioorthogonal labelling approaches, such genetic code expansions can provide valuable information on function and localization of proteins of interest in their native environment. Yet, the utility of many of such approaches is limited by slow kinetics of the labelling reactions, toxicity and insufficient selectivity or stability of the reactants in a cellular environment. In this context, the development of novel biocompatible tags for protein labelling offers a possibility to monitor biological processes that are difficult to access using conventional protein labelling methods.The central aim of this application is to develop a novel minimal-sized bioorthogonal labelling platform to site-selectively probe and characterize proteins of interest, both in vitro and in vivo. To this end, I propose to use a new amino acid as a minimal alkene-tag for protein labelling. Selective reaction of the proposed amino acid with tetrazine fluorogenic probes through an inverse electron demand Diels-Alder (IEDDA) cycloaddition will lead to «turn-on» fluorescence upon rapid ligation. The utility of the minimal-tag bioorthogonal approach I propose brings together a number of conceptual advantages crucial to allow bioorthogonal labelling of specific protein targets directly on live cells without interfering with their structure, function, activity and localization or with normal cellular processes.
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