RNA-DNA-hybridiorigamin pinnoittaminen viruskapsidiproteiineilla

DNA origami is an attractive building block in biomedical applications. Due to the versatile structural and functional properties of RNA, interest in creating hybrid origamis using a long single-stranded RNA as a scaffold has increased in recent years. However, both, DNA origami and RNA-DNA hybrid origami are prone to degradation. To overcome this challenge, several nature-inspired coating strategies have been applied onto DNA origami. In addition, the coating can improve the transfection of origami into cells. However, coating properties of the hybrid origami structures have not yet been studied. Thus, the aim of the thesis was to design and fold a 6-helix bundle RNA-DNA hybrid origami structure, and electrostatically self-assemble cowpea chlorotic mottle virus (CCMV) capsid proteins on the origami to improve the stability and transfection. The folding of the origami and complexation with CCMV capsid proteins were studied with agarose gel electrophoresis, transmission electron microscopy (TEM) and atomic force microscopy (AFM). After the complexation, coated elongated structures with varying diameters were observed. The varying diameters were dependent on the applied excess of capsid protein, suggesting a single-layered coating upon low protein concentrations and double-layered coated structures at high protein concentrations. These results suggest that the origami structures are partially folded. The partial folding may be due to structural stress. A new design with more base pairs per helix might improve the origami folding. With successful folding, hybrid origamis have a great potential in targeted delivery of drugs into cells or as RNA-based vaccines.DNA-origamit ovat lupaavia rakenteita biolääketieteen sovelluksiin. RNA:n monipuolisten rakenteellisten ja toiminnallisten ominaisuuksien vuoksi kiinnostus hybridiorigameihin, joissa käytetään yksijuosteista RNA:ta pitkän yksijuosteisen DNA:n sijaan, on lisääntynyt viime vuosina. Sekä DNA-origamit että RNA-DNA-hybridiorigamit ovat kuitenkin alttiita hajoamiselle. Tämän vuoksi DNA origameille on kehitetty useita luonnon inspiroimia pinnoitusstrategioita. Pinnoite voi myös parantaa origamin transfektiota soluihin. Hybridiorigamirakenteiden pinnoitusominaisuuksia ei ole kuitenkaan vielä tutkittu. Tämän opinnäytetyön tavoitteena on suunnitella ja laskostaa RNA-DNA-hybridiorigami sekä elektrostaattisesti itsejärjestää lehmäpavun kloroo-siläikkäviruksen (CCMV) kapsidiproteiinit origamin ympärille stabiilisuuden ja transfektion parantamiseksi. Origamin laskostumista ja kompleksoitumista CCMV-kapsidiproteiinien kanssa tutkittiin agaroosigeelielektroforeesilla, läpäisyelektronimikroskopialla (TEM) ja atomivoimamikroskopialla (AFM). Kompleksoinnin jälkeen havaittiin päällystettyjä pitkänomaisia rakenteita, joiden halkaisijat vaihtelivat riippuen CCMV proteiinin konsentraatiosta. Pienillä proteiinipitoisuuksilla pinnoitus oli yksikerroksinen, kun taas korkeilla pitoisuuksilla proteiinit muodostivat kaksikerroksisen pinnoituksen origamien ympärille. Tulokset viittaavat origamin olevan vain osittain laskostunut. Osittainen laskostumien voi johtua rakenteellisesta jännityksestä. Uusi origamimalli, jossa yhdessä kierteessä on enemmän emäspareja, saattaa parantaa origamin laskostumista haluttuun muotoon. Laskostumisen onnistuessa hybridiorigamilla on suuri potentiaali esimerkiksi lääkkeiden kohdennetussa kuljettamisessa soluihin tai RNA-pohjaisina rokotteina