journal article·2020-07Open access

The Role of Protein Engineering in Biomedical Applications of Mammalian Synthetic Biology

Daniel Bojar, Martin Fussenegger

Small· Volume 16· Issue 27

Abstract

Abstract Engineered proteins with enhanced or altered functionality, generated for example by mutation or domain fusion, are at the core of nearly all synthetic biology endeavors in the context of precision medicine, also known as personalized medicine. From designer receptors sensing elevated blood markers to effectors rerouting signaling pathways to synthetic transcription factors and the customized therapeutics they regulate, engineered proteins play a crucial role at every step of novel therapeutic approaches using synthetic biology. Here, recent developments in protein engineering aided by advances in directed evolution, de novo design, and machine learning are discussed. Building on clinical successes already achieved with chimeric antigen receptor (CAR‐) T cells and other cell‐based therapies, these developments are expected to further enhance the capabilities of mammalian synthetic biology in biomedical and other applications.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: CAR-T cell therapy research · CRISPR and Genetic Engineering · Viral Infectious Diseases and Gene Expression in Insects

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

ETH Zurich Department of Biosystems Science and Engineering Faculty of Life Science University of Basel Mattenstrasse 26 CH‐4058 Basel Switzerland

Funding

European Research Council

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1016/j.copbio.2019.02.02310.1016/j.copbio.2019.02.023 ↗
2. 10.1016/j.copbio.2019.02.00310.1016/j.copbio.2019.02.003 ↗
3. 10.1038/s41591-019-0437-z10.1038/s41591-019-0437-z ↗
4. 10.1038/s41580-018-0013-210.1038/s41580-018-0013-2 ↗
5. 10.1083/jcb.20161100210.1083/jcb.201611002 ↗
6. 10.1101/cshperspect.a02401810.1101/cshperspect.a024018 ↗
7. 10.1007/978-1-4939-7223-4_1910.1007/978-1-4939-7223-4_19 ↗
8. 10.1002/anie.20160922910.1002/anie.201609229 ↗
9. 10.1038/nbt.380510.1038/nbt.3805 ↗
10. 10.1038/nmeth.450510.1038/nmeth.4505 ↗
11. 10.1073/pnas.182174011610.1073/pnas.1821740116 ↗
12. 10.1016/j.jbiotec.2015.12.00510.1016/j.jbiotec.2015.12.005 ↗
13. 10.1016/j.ymben.2012.12.00310.1016/j.ymben.2012.12.003 ↗
14. 10.1016/j.ymben.2018.11.00710.1016/j.ymben.2018.11.007 ↗
15. 10.1038/ncomms1124710.1038/ncomms11247 ↗
16. 10.1016/j.jbiotec.2017.07.01810.1016/j.jbiotec.2017.07.018 ↗
17. 10.1002/advs.20180095210.1002/advs.201800952 ↗
18. Ye H. · Cold Spring Harbor Perspect. Med. · 2018 · 9 · a03437110.1101/cshperspect.a034371 ↗
19. 10.1038/nchembio.175310.1038/nchembio.1753 ↗
20. 10.1021/acssynbio.8b0052710.1021/acssynbio.8b00527 ↗
21. 10.1002/aic.1636510.1002/aic.16365 ↗
22. 10.1073/pnas.090150110610.1073/pnas.0901501106 ↗
23. 10.1038/s41589-019-0286-610.1038/s41589-019-0286-6 ↗
24. 10.1111/j.1742-4658.2005.04687.x10.1111/j.1742-4658.2005.04687.x ↗
25. 10.1074/jbc.RA118.00355710.1074/jbc.RA118.003557 ↗
26. 10.1038/s41598-017-16332-210.1038/s41598-017-16332-2 ↗
27. 10.1038/nmeth.351510.1038/nmeth.3515 ↗
28. 10.1073/pnas.140107311110.1073/pnas.1401073111 ↗
29. 10.1126/science.aah621910.1126/science.aah6219 ↗
30. 10.1016/j.molcel.2011.03.01010.1016/j.molcel.2011.03.010 ↗
31. 10.1038/s41592-019-0496-610.1038/s41592-019-0496-6 ↗
32. Bedbrook C. N. · bioRxiv · 2019
33. 10.1073/pnas.190197911610.1073/pnas.1901979116 ↗
34. 10.1038/s41586-018-0830-710.1038/s41586-018-0830-7 ↗
35. 10.1038/s41586-018-0802-y10.1038/s41586-018-0802-y ↗
36. 10.1126/science.108942710.1126/science.1089427 ↗
37. 10.1038/nmeth.369610.1038/nmeth.3696 ↗
38. 10.1073/pnas.150054511210.1073/pnas.1500545112 ↗
39. 10.1038/nmeth.387110.1038/nmeth.3871 ↗
40. 10.1038/s41467-019-09974-510.1038/s41467-019-09974-5 ↗
41. 10.1002/pro.66610.1002/pro.666 ↗
42. 10.1073/pnas.14123079810.1073/pnas.141230798 ↗
43. Ludwicki M. B. · ACS Cent. Sci. · 2019 · 5 · 85210.1021/acscentsci.9b00127 ↗
44. 10.1038/s41421-018-0079-110.1038/s41421-018-0079-1 ↗
45. 10.1038/s41598-018-32929-710.1038/s41598-018-32929-7 ↗
46. 10.1038/s41592-018-0041-z10.1038/s41592-018-0041-z ↗
47. 10.1016/j.cell.2017.01.01610.1016/j.cell.2017.01.016 ↗
48. 10.1056/NEJMoa121513410.1056/NEJMoa1215134 ↗
49. 10.1098/rstb.2014.037410.1098/rstb.2014.0374 ↗
50. 10.1016/j.cell.2016.01.01210.1016/j.cell.2016.01.012 ↗
51. 10.1016/j.cell.2016.09.01110.1016/j.cell.2016.09.011 ↗
52. 10.1126/science.aat027110.1126/science.aat0271 ↗
53. 10.1038/s41589-018-0046-z10.1038/s41589-018-0046-z ↗
54. 10.1038/nchembio.225310.1038/nchembio.2253 ↗
55. 10.1126/science.aav789710.1126/science.aav7897 ↗
56. Glasgow A. A. · bioRxiv · 2019
57. 10.1038/s41598-018-37256-510.1038/s41598-018-37256-5 ↗
58. 10.1039/C8SC02643B10.1039/C8SC02643B ↗
59. 10.1038/s41589-018-0181-610.1038/s41589-018-0181-6 ↗
60. 10.1038/s41467-018-06825-710.1038/s41467-018-06825-7 ↗
61. 10.1126/science.aat506210.1126/science.aat5062 ↗
62. 10.1038/s41592-018-0048-510.1038/s41592-018-0048-5 ↗
63. 10.1126/science.aau828710.1126/science.aau8287 ↗
64. 10.1038/s41467-018-04440-010.1038/s41467-018-04440-0 ↗
65. 10.1073/pnas.151438311310.1073/pnas.1514383113 ↗
66. 10.1021/acschembio.9b0011310.1021/acschembio.9b00113 ↗
67. 10.1038/s41586-019-1188-110.1038/s41586-019-1188-1 ↗
68. 10.1126/science.aat698210.1126/science.aat6982 ↗
69. 10.1126/scisignal.aaw348310.1126/scisignal.aaw3483 ↗
70. 10.1016/j.omto.2018.12.00910.1016/j.omto.2018.12.009 ↗
71. Bai P. · Nat. Med. · 2019
72. 10.1016/j.molcel.2014.06.00710.1016/j.molcel.2014.06.007 ↗
73. 10.1038/s41467-018-04744-110.1038/s41467-018-04744-1 ↗
74. 10.1126/science.aaf400610.1126/science.aaf4006 ↗
75. 10.1038/mto.2016.1410.1038/mto.2016.14 ↗
76. 10.1038/mto.2016.1110.1038/mto.2016.11 ↗
77. 10.1126/science.aab407710.1126/science.aab4077 ↗
78. 10.1172/jci.insight.12443010.1172/jci.insight.124430 ↗
79. 10.1073/pnas.181006011510.1073/pnas.1810060115 ↗
80. 10.1016/j.cell.2018.03.03810.1016/j.cell.2018.03.038 ↗
81. 10.1016/j.ymthe.2016.10.01610.1016/j.ymthe.2016.10.016 ↗
82. 10.1016/j.stem.2018.06.00210.1016/j.stem.2018.06.002 ↗
83. 10.1038/s41467-019-10097-010.1038/s41467-019-10097-0 ↗
84. 10.1038/nchembio.249810.1038/nchembio.2498 ↗
85. 10.1002/advs.20170097110.1002/advs.201700971 ↗
86. 10.1038/s41467-018-03733-810.1038/s41467-018-03733-8 ↗
87. 10.1016/j.copbio.2017.03.01110.1016/j.copbio.2017.03.011 ↗
88. 10.1038/s41467-018-07181-210.1038/s41467-018-07181-2 ↗
89. 10.1093/nar/gkw11710.1093/nar/gkw117 ↗
90. 10.1126/scitranslmed.aap856210.1126/scitranslmed.aap8562 ↗
91. 10.1016/j.cell.2018.05.03910.1016/j.cell.2018.05.039 ↗
92. 10.1016/j.chembiol.2018.05.01310.1016/j.chembiol.2018.05.013 ↗
93. 10.1126/scisignal.aar325010.1126/scisignal.aar3250 ↗
94. 10.1073/pnas.171848911510.1073/pnas.1718489115 ↗
95. 10.1038/s41592-018-0178-910.1038/s41592-018-0178-9 ↗
96. Heinzinger M. · bioRxiv · 2019
97. Rives A. · bioRxiv · 2019
98. Bileschi M. L. · bioRxiv · 2019
99. 10.1016/j.cels.2019.03.00610.1016/j.cels.2019.03.006 ↗
100. Alley E. C. · bioRxiv · 2019