MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
■001000017164471
■00520250211153006
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798384044116
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31631395
■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham005757
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a610
■1001  ▼aMoghimianavval,  Hossein.
■24510▼aIntercellular  Signaling  and  Intracellular  Signal  Processing:  Looking  Through  the  Lens  of  Synthetic  Biology
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a244  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Liu,  Allen.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2024.
■520    ▼aCommunication  enables  high-level  behaviors  such  as  cooperation  or  social  relationships  across  all  scales  of  life.    The  apparent  emergent  advantages  of  intercellular  signaling  and  its  crucial  role  in  evolution  of  multicellular  life  have  made  development  of  signaling  and  communication  for  synthetic  cells---cell-sized  compartments  often  enclosed  by  a  phospholipid  bilayer  with  programmable  biological  functions---a  clear  goal.  Over  the  past  two  decades,  cumulative  efforts  have  transformed  synthetic  cells  into  powerful,  smart  bioreactors.  However,  many  potential  applications  of  synthetic  cells  in  both  basic  and  translational  science  have  remained  unrealized  due  to  the  challenges  in  developing  intercellular  signaling  for  synthetic  cells.  My  thesis  work  consists  of  two  lines  of  work  in  an  effort  to  develop  a  platform  for  synthetic  cell  signaling  as  well  as  a  general  framework  for  signal  processing  within  synthetic  cells.    In  Chapter  2,  I  design  a  protein-based  platform,  named  InterSpy,  for  activation  of  a  split-protein  exclusively  at  the  contact  interface  of  two  membranes.  I  utilize  a  peptide-protein  pair  called  SpyTag  and  SpyCatcher  as  dimerizing  molecules  to  facilitate  split  protein  reconstitution  and  activation  at  membrane-membrane  interfaces.  I  present  experimental  data  that  supports  InterSpy's  application  in  functionalizing  both  synthetic  and  cellular  membrane-membrane  interfaces  with  a  split  fluorescent  protein.  These  results  demonstrate  InterSpy  as  a  versatile,  modular,  and  general  platform  for  exclusive  protein  activation  at  both  synthetic  and  natural  cell  contact  interfaces.  Reconstitution  of  protein  function  at  the  interface  of  two  membranes  enables  development  of  intercellular  signaling  between  synthetic  cells  that  are  physically  in  contact,  effectively  mimicking  natural  juxtacrine  or  contact-dependent  cell-cell  communication.  Thus,  in  Chapter  3,  I  modify  InterSpy  as  a  tool  to  generate  light  signals  at  the  membrane-membrane  interface  of  synthetic  cells.  Instead  of  a  split  fluorescent  protein,  here,  InterSpy  facilitates  reconstitution  of  a  split  luciferase,  NanoBiT,  at  the  membrane-membrane  interface  of  sender  and  receiver  synthetic  cells.  To  complete  the  signaling  design,  I  designed  receiver  cells  to  encapsulate  an  optogenetics  protein  called  iLID  which  dimerizes  with  its  binding  partner  SspB  when  it  is  photoactivated.  Experimental  data  presented  in  Chapter  3  demonstrates  a  light-based  juxtacrine  signaling  pathway  between  synthetic  cells  utilizing  NanoBiT  for  signal  generation  and  iLID-SspB  dimerization  for  signal  detection.  Collectively,  these  results  show  the  potential  of  InterSpy  as  a  general  platform  for  implementation  of  various  forms  of  juxtacrine  communication  between  synthetic  cells  holding  potential  for  biomedical  and  environmental  applications.    Chapter  4  introduces  a  simple  protein-based  network  capable  of  demonstrating  linear  and  non-linear  input  processing.  The  network  is  constructed  from  sigma  factors,  bacterial  transcription  factors,  and  anti-sigma  proteins.  Dimerization  of  sigma  factors  and  anti-sigma  factors,  known  as  sigma  factor  sequestration,  renders  the  sigma  factor  inactive  and  incapable  of  driving  gene  expression.  Computational  analysis  of  sigma-based  sequestration  networks  in  Chapter  4  demonstrates  their  ability  in  creating  linear  and  non-linear  input  classifier  units.  In  addition,  I  investigate  and  determine  the  effects  of  physiological  resource  constraints  on  the  function  of  sigma-based  sequestration  networks.  Given  their  simplicity  and  compatibility  with  both  cellular  and  cell-free  synthetic  biology  systems,  sigma-based  sequestration  networks  hold  potential  as  advanced  signal-processing  units  in  synthetic  cells.    Overall,  the  results  in  my  dissertation  present  a  modular  synthetic  biology  platform  for  reconstitution  of  protein  activity  at  membrane-membrane  interfaces  with  applications  in  engineering  intercellular  signaling  between  synthetic  cells  as  well  as  a  general  design  of  a  protein-based  network  for  intracellular  signal  processing.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aBiomedical  engineering
■650  4▼aBiology
■650  4▼aBiochemistry
■650  4▼aMechanical  engineering
■653    ▼aSynthetic  biology
■653    ▼aSynthetic  cell
■653    ▼aSynthetic  cell  communication
■653    ▼aSynthetic  cell  signaling
■653    ▼aSynthetic  cell  signal  processing
■690    ▼a0306
■690    ▼a0487
■690    ▼a0541
■690    ▼a0548
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bMechanical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-03B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17164471▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

Preview

Export

ChatGPT Discussion

AI Recommended Related Books