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Bioengineering

डिजाइन और एक पुनर्विन्यास डीएनए accordion रैक के संश्लेषण

Published: August 15, 2018 doi: 10.3791/58364
Automatic Translation
*1, *1, *2, 1,2,3,4
1Department of Electrical and Computer Engineering, Seoul National University, 2Interdisciplinary Program for Bioengineering, Seoul National University, 3Institute of Entrepreneurial Bio Convergence, Seoul National University, 4Seoul National University Hospital Biomedical Research Institute, Seoul National University Hospital
* These authors contributed equally

Summary

हम डिजाइन, सिमुलेशन, गीला प्रयोगशाला प्रयोगों के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल का वर्णन है, और 6 के 6 जाल से एक पुनः विन्यास डीएनए accordion रैक के लिए विश्लेषण ।

Abstract

डीएनए nanostructure-आधारित यांत्रिक प्रणाली या डीएनए nanomachines, जो 2d और नैनोमीटर में ångström संकल्प को 3 डी में जटिल नेनो गति का उत्पादन, इस तरह के आणविक रिएक्टरों के रूप में नैनो के विभिंन क्षेत्रों में महान क्षमता दिखाने के लिए, दवा वितरण, और nanoplasmonic प्रणालियों । पुनर्विन्यास डीएनए accordion रैक, जो सामूहिक रूप से एक 2d या तत्वों के 3 डी नेनो नेटवर्क में हेरफेर कर सकते हैं, डीएनए आदानों के जवाब में कई चरणों में, वर्णित है । मंच के तत्वों की संख्या है कि डीएनए nanomachines कुछ तत्वों से विंयास के कई चरणों के साथ एक नेटवर्क पैमाने पर नियंत्रित कर सकते है बढ़ाने की क्षमता है ।

इस प्रोटोकॉल में, हम 6 जाल से 6 के पुनर्विन्यास डीएनए accordion रैक के पूरे प्रयोगात्मक प्रक्रिया का वर्णन । प्रोटोकॉल संरचना और संश्लेषण और पुनर्विन्यास के लिए एक गीला प्रयोगशाला प्रयोग के एक डिजाइन नियम और सिमुलेशन प्रक्रिया भी शामिल है । इसके अलावा, उनि का उपयोग संरचना का विश्लेषण (संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी) और झल्लाहट (प्रतिदीप्ति अनुनाद ऊर्जा अंतरण) प्रोटोकॉल में शामिल है. उपंयास डिजाइन और सिमुलेशन इस प्रोटोकॉल में शामिल तरीकों शोधकर्ताओं की सहायता के लिए आगे अनुप्रयोगों के लिए डीएनए accordion रैक का उपयोग करेगा ।

Introduction

यांत्रिक प्रणाली डीएनए nanostructures या डीएनए nanomachines पर आधारित1,2,3,4,5 अद्वितीय है क्योंकि वे नैनोमीटर में 2d और 3 डी में जटिल नेनो गति का उत्पादन ångström संकल्प, विभिंन आणविक उत्तेजनाओं2,3,6के अनुसार । इन संरचनाओं पर कार्यात्मक सामग्री संलग्न और उनकी स्थिति को नियंत्रित करके, इन संरचनाओं विभिंन क्षेत्रों के लिए लागू किया जा सकता है । उदाहरण के लिए, डीएनए nanomachines एक आणविक रिएक्टर के लिए प्रस्तावित किया गया है7, दवा वितरण8, और nanoplasmonic सिस्टम9,10.

पहले, हम पुनर्विन्यास डीएनए accordion रैक, जो11 तत्वों के एक 2d या 3 डी नेनो नेटवर्क हेरफेर कर सकते है शुरू की (आंकड़ा 1a) । अन्य डीएनए nanomachines कि केवल कुछ तत्वों पर नियंत्रण के विपरीत, मंच सामूहिक रूप से विभिन्न चरणों में समय-सारणी 2d या 3 डी तत्वों में हेरफेर कर सकते हैं । हमें आशंका है कि एक प्रोग्राम रासायनिक और जैविक प्रतिक्रिया नेटवर्क या एक आणविक कंप्यूटिंग प्रणाली हमारे सिस्टम से बनाया जा सकता है, नियंत्रणीय तत्वों की संख्या बढ़ रही है । डीएनए accordion रैक एक संरचना है, जिसमें कई डीएनए मुस्कराते हुए के नेटवर्क एकल असहाय डीएनए (आंकड़ा 1b) से बना जोड़ों के लिए जुड़ा हुआ है । डीएनए मुस्कराते हुए द्वारा उत्पन्न accordion रैक डीएनए ताले, जो मुस्कराते हुए के चिपचिपा हिस्सा करने के लिए संकरण और ताले (राज्य बंद) के ब्रिजिंग भाग की लंबाई के अनुसार बीम के बीच कोण बदलने के द्वारा reconfigureed है । इसके अलावा, बहु कदम विंयास toehold आधारित किनारा विस्थापन12,13के माध्यम से डीएनए ताले अलग करके मुक्त राज्य के गठन के बाद नए ताले जोड़कर प्रदर्शन किया है ।

इस प्रोटोकॉल में, हम पूरी डिजाइन और पुनर्विन्यास डीएनए accordion रैक के संश्लेषण की प्रक्रिया का वर्णन । प्रोटोकॉल डिजाइन, सिमुलेशन, गीले प्रयोगशाला प्रयोगों, और 6 के डीएनए accordion रैक के संश्लेषण के लिए विश्लेषण शामिल 6 जाल और इनमें से एक पुनर्विन्यास । संरचना प्रोटोकॉल में शामिल पिछले अनुसंधान11 के मूल मॉडल है और ६५ एनएम के आकार में ६५ एनएम है, 14 बीम से मिलकर । डिजाइन और सिमुलेशन के संदर्भ में, accordion रैक के संरचनात्मक डिजाइन पारंपरिक डीएनए origami से अलग है14,15 (यानी, कसकर पैक) । इसलिए, डिजाइन नियम और आणविक सिमुलेशन पारंपरिक तरीकों से संशोधित किया गया है । प्रदर्शित करने के लिए, हम डिजाइन तकनीक शो14 caDNAno के संशोधित दृष्टिकोण का उपयोग और accordion रैक का अनुकरण16oxDNA अतिरिक्त लिपियों के साथ,17 का उपयोग कर । अंत में, उनि और झल्लाहट के दोनों प्रोटोकॉल कॉंफ़िगर accordion रैक संरचनाओं के विश्लेषण के लिए वर्णित हैं ।

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Protocol

1.6 caDNAno के साथ 6 डीएनए accordion रैक द्वारा की डिजाइन14

  1. डाउनलोड और स्थापित caDNAno २.० सॉफ्टवेयर14 एक डीएनए accordion रैक डिजाइन करने के लिए (caDNAno २.५ भी https://github.com/cadnano/cadnano2.5 पर उपलब्ध है) । खुला caDNAno14 और वर्ग उपकरण पर क्लिक करें एक वर्ग जाली के साथ एक नया हिस्सा जोड़ने के लिए ।
  2. संख्या accordion रैक के प्रत्येक बीम और caDNAno14 (चित्रा 2) के बाईं जाली पैनल पर आकर्षित ।
  3. पेंसिल उपकरण पर क्लिक करें और caDNAno14पर सही संपादन पैनल पर प्रत्येक बीम आकर्षित । तोड़ बीम हर ३२ बीपी, जो आसंन मुस्कराते हुए के बीच जोड़ों के लिए है । जोड़ों के रूप में एक ही स्थिति में स्टेपल क्रॉसओवर प्लेस । caDNAno14 में डालने के उपकरण और पेंसिल उपकरण का उपयोग करने दो जोड़ों अतिरिक्त एकल-असहाय क्रॉसओवर है ।
  4. पेंसिल उपकरण पर क्लिक करें और जोड़ों कनेक्ट । प्रत्येक बीम में सात जोड़ों का होता है ।
  5. पाड़ क्रॉसओवर उत्पन्न पहले रिपोर्ट पाड़ अनुमार्गण एल्गोरिथ्म11का उपयोग करके एक पाश में पाड़ों विलय करने के लिए । चलो पाड़ और स्टेपल किस्में के बीच ंयूनतम बंधन डोमेन मत से कम 8 बीपी (चित्रा 3) ।
  6. पाड़ों कि विधानसभा में accordion रैक के विपरीत पक्षों पर स्थित वर्टेक्स में इस्तेमाल नहीं कर रहे है प्लेस, जैसा चित्र 3में दिखाया गया है ।
  7. विराम उपकरणक्लिक करें । तोड़ना किनारा जहां स्टेपल किस्में परिपत्र या अधिक से अधिक ६० bp हैं ।
  8. डीएनए ताला किस्में डिजाइन ।
    1. विराम उपकरणक्लिक करें । एक प्रधान डीएनए क्षेत्र के 8 बीपी तोड़ एक चिपचिपा हिस्सा बनाने के लिए और 8 एक प्रधान डीएनए क्षेत्र के बीपी हटा दें । वहाँ रहे हैं 18 चिपचिपा भागों (चित्रा 1) 6 में 6 accordion रैक द्वारा.
    2. जगह अनुक्रम है कि ताला किस्में के दोनों सिरों पर चिपचिपा भागों के पूरक रिवर्स कर रहे है और उंहें एक पुल क्षेत्र है, जो वांछित लंबाई (आंकड़ा 1b) के पाली टी किस्में के होते है द्वारा कनेक्ट ।
    3. reconfiguration के लिए, कतरा विस्थापन के लिए डीएनए ताले के अंत में toehold अनुक्रम के 8 बीपी जोड़ें । toehold अनुक्रम का उपयोग तालिका 2में है ।
    4. पाली एक किस्में तैयार जो पाटन क्षेत्र के लिए रिवर्स पूरक हैं ।
    5. डिजाइन किस्में कि reconfiguration प्रयोग के लिए डीएनए ताले के पूरक रिवर्स कर रहे हैं ।
  9. अनुक्रम उपकरण क्लिक करें और पाड़ डीएनए क्लिक करें । मानक M13mp18 के रूप में पाड़ चुनें । निर्यात उपकरण पर क्लिक करें और csv प्रारूप (तालिका 1) में अनुक्रम को बचाने के ।

2. oxDNA के साथ संरचना अनुकरण

  1. डाउनलोड और oxDNA16,17स्थापित करें । नवीनतम स्रोत कोड https://sourceforge.net/projects/oxdna/files/पर उपलब्ध है ।
  2. caDNAno14 अजगर स्क्रिप्ट ' cadnano_interface. py ', जो oxDNA16,17 पैकेज में प्रदान की जाती है का उपयोग कर फ़ाइल से विंयास फाइल शुरू करो । उपयोग के रूप में इस प्रकार है: ' अजगर cadnano_interface. py cadnano_file. json वर्ग ' । टोपोलॉजी फ़ाइल और कॉंफ़िगरेशन फ़ाइल अब जनरेट किया गया है ।
    नोट: टोपोलॉजी फ़ाइल में शामिल है कि कितने किस्में और न्यूक्लियोटाइड संरचना और न्यूक्लियोटाइड के बीच रीढ़ की रीढ़ की बांड के बारे में जानकारी में हैं । कॉंफ़िगरेशन फ़ाइल में सामांय जानकारी जैसे timestep, ऊर्जा, और बॉक्स का आकार शामिल है । ऐसी स्थिति वेक्टर के रूप में अभिविन्यास जानकारी, रीढ़-आधार वेक्टर, सामान्य वेक्टर, वेग, और न्यूक्लियोटाइड के कोणीय वेग भी शामिल है (चित्रा 4).
  3. caDNAno14 से टोपोलॉजी और विंयास फाइल में जानकारी बदलने के लिए उंहें accordion रैक के असली संरचनात्मक जानकारी को प्रतिबिंबित करते हैं । सभी मुस्कराते हुए समानांतर में व्यवस्था कर रहे हैं जब टोपोलॉजी और caDNAno14 से विंयास फाइल visualized हैं । हालांकि, accordion रैक एक जाली संरचना है तो बंधुआ न्यूक्लियोटाइड के बीच की दूरी सिमुलेशन के लिए दूर कर रहे है (चित्रा 5) ।
    1. घुमाएँ और वांछित जाली संरचना के लिए प्रत्येक बीम हटो । विंयास फाइल में छोड़ दिया पर नौ कॉलम स्थिति वेक्टर, रीढ़-सदिश आधार है, और सामांय सदिश (चित्रा 4) । एक बीम घुमाने के लिए, स्थिति के सभी बारी, रीढ़-आधार, और सामांय वैक्टर घूर्णन परिवर्तन का उपयोग कर । फिर स्थिति वेक्टर बदलने के लिए इसे खोजने के रूप में चित्रा 5में दिखाया गया है एक बीम ले जाएं ।
    2. oxDNA पैकेज में उपलब्ध कराई गई स्क्रिप्ट का उपयोग कर संरचना को रिलैक्स करें (आगे की जानकारी के लिए $oxDNA/examples/relax_initial_configuration में उदाहरण देखें) ।
  4. १०,०००,००० कदम आराम विंयास फाइल का उपयोग कर के लिए आणविक गतिशीलता सिमुलेशन भागो । उपयोग इस प्रकार है: './oxDNA < input > ' हर ५००० या १०००० चरणों में डेटा सहेजें ।
  5. दृश्य
    नोट: संरचनाओं cogli का उपयोग कर visualized थे ।
    1. डाउनलोड करें और cogli (https://sourceforge.net/projects/cogli1/) का नवीनतम संस्करण स्थापित करें ।
    2. oxDNA सिमुलेशन से टोपोलॉजी और कॉंफ़िगरेशन फ़ाइलों के साथ cogli चलाएं । उपयोग निंनानुसार है: './cogli1-t < टोपोलॉजी फ़ाइल > < कॉंफ़िगरेशन फ़ाइल > ' ।
    3. बॉक्स को दबाकर बीछुपाएं ।

3. संरचना का संश्लेषण

नोट: संश्लेषण विधि पिछले प्रोटोकॉल से अनुकूलित है15,18.

  1. एक oligonucleotide प्रदाता से डिजाइन डीएनए स्टेपल खरीद ।
  2. १०० माइक्रोन nuclease-मुक्त पानी का उपयोग करने के लिए इन डीएनए स्टेपल की एकाग्रता समायोजित करें ।
    1. पूल प्रत्येक डीएनए किनारा है कि एक ट्यूब में एक ' मुक्त राज्य ' संरचना का गठन और प्रत्येक किनारा के लिए 2 माइक्रोन के लिए एकाग्रता को समायोजित ।
    2. लंबाई और ट्यूबों में ताला साइटों की संख्या और प्रत्येक किनारा के लिए 2 माइक्रोन के लिए एकाग्रता को समायोजित करके पूल डीएनए ताला किस्में । 18, 9, और 4 ताला साइटों का उपयोग किया जाता है । पाली एक किस्में जोड़ें जो एक ही एकाग्रता में पाटन क्षेत्र के पूरक हैं ।
    3. पूल किस्में कि डीएनए ताला किस्में के पूरक ट्यूबों में लंबाई के द्वारा रिवर्स और प्रत्येक किनारा के लिए 2 माइक्रोन के लिए एकाग्रता को समायोजित कर रहे हैं ।
  3. 1 माइक्रोन MgCl2 समाधान के nuclease-नि: शुल्क पानी और 30 μL के ७० μL मिश्रण से ३०० एनएम के MgCl2 समाधान तैयार करें । μL 100x Tris सॉल्यूशन के nuclease-फ्री वॉटर और 5 EDTA के ९५ μL को मिलाकर एक 5x Tris EDTA सॉल्यूशन तैयार करें ।
  4. प्रधान डीएनए के 2 μL जोड़ें, MgCl2 समाधान के १.१ μL, 2 μL के Tris EDTA समाधान, ७.६ μL के nuclease-मुफ्त पानी और ७.३ μL पाड़ डीएनए की जो एकाग्रता ११० एनएम मिश्रित स्टॉक के 20 μL बनाने के लिए है । पाड़ डीएनए के अंतिम एकाग्रता सेट करने के लिए ४० एनएम, प्रधान डीएनए के लिए २०० एनएम, MgCl2 से 16 मिमी और Tris EDTA समाधान करने के लिए 0.5 x.
  5. तेजी से ८० डिग्री सेल्सियस के लिए एक थर्मल साइकिल चालक में मिश्रित स्टॉक समाधान गर्मी और ६० ° c प्रति 4 मिनट की दर से ठंडा करने के लिए शांत और ६० डिग्री सेल्सियस से 4 ° c के प्रति ४० मिनट की दर से शांत ।

4. संरचना का शुद्धिकरण

नोट: सभी संरचनाओं के नमूनों विश्लेषण से पहले शुद्ध किया गया । इस खंड में, हम खूंटी शुद्धि के प्रोटोकॉल का वर्णन है, जो पिछले साहित्य19से अनुकूलित है । नमूना भी जेल ट्रो द्वारा शुद्ध किया जा सकता है के रूप में पिछले साहित्य15,18में वर्णित है ।

  1. NaCl और 100x Tris-EDTA के 5 मीटर तैयार करें ।
  2. तेज़ी से तैयार करें-बफर मिश्रण से १५० μL के खूंटी ८०००, ५०० μL के 100x Tris EDTA और १०१ μL के 5 मीटर NaCl और २४९ μL के nuclease-मुक्त पानी.
  3. लक्ष्य-बफर को मिलाकर तैयार करें ५.५ μL की ३०० एनएम MgCl2 हल धारा ३.३ से, 5x की 10 μL Tris EDTA के सेक्शन ३.३ से हल μL और nuclease के ८४.५-मुफ्त पानी ।
  4. धारा 3 और वर्षण के 20 μL से संश्लेषित संरचना के 20 μL को मिलाएं-४.२ अनुभाग से बफर । फिर 4 डिग्री सेल्सियस पर १६००० x g पर मिश्रित शेयर स्पिन । supernatant निकालें और लक्ष्य-४.३ धारा से बफर में गोली भंग ।

5. एक ' मुक्त राज्य ' एक ' बंद राज्य ' से accordion रैक का पुनर्विन्यास

  1. संरचना विंयास प्रयोग के लिए डीएनए ताले के बिना संश्लेषित ।
  2. धारा 3 से डीएनए लॉक किस्में तैयार करें ।
  3. 1. संश्लेषित संरचना के 20 μL में डीएनए ताला के 2 μL वांछित लंबाई की किस्में जोड़ें । डीएनए लॉक ' किस्में एकाग्रता संरचना की तुलना में पांच गुना अधिक है ।
  4. यह देखने के लिए 0, 10, 25, ५०, या १०० मिनट के लिए नमूना मशीन कैसे तेजी से विंयास होता है ।
    1. १०० मिनट की मशीन के लिए, 30 मिनट के लिए ५० डिग्री सेल्सियस पर नमूना मशीन और धीरे से 25 डिग्री सेल्सियस के लिए नीचे शांत ०.३३ डिग्री सेल्सियस की दर से/
    2. ५० मिनट की मशीन के लिए, 15 मिनट के लिए ५० ° c पर नमूना मशीन और धीरे से 25 डिग्री सेल्सियस के लिए नीचे शांत ०.६६ डिग्री सेल्सियस की दर से/
    3. 25 मिनट की मशीन के लिए, ७.५ मिनट के लिए ५० डिग्री सेल्सियस पर नमूना मशीन और धीरे से 25 डिग्री सेल्सियस के लिए नीचे शांत १.३२ डिग्री सेल्सियस की दर से/
    4. 10 मिनट की मशीन के लिए, 3 मिनट के लिए ५० डिग्री सेल्सियस पर नमूना मशीन और धीरे-2 ३.३ डिग्री सेल्सियस की दर से 25 डिग्री सेल्सियस के लिए नीचे ठंडा/
    5. 0 मिनट की मशीन के लिए, 4 डिग्री सेल्सियस पर नमूना स्टोर सही डीएनए ताले किस्में जोड़ रहे है के बाद ।
  5. सही कदम के बाद, तेजी से 4 डिग्री सेल्सियस के लिए नमूना नीचे शांत अवांछित विकार को रोकने के लिए ।

6. एक ' मुक्त राज्य ' के लिए एक ' बंद राज्य ' से accordion रैक का पुनर्विन्यास

  1. विंयास प्रयोग के लिए वांछित लंबाई के डीएनए ताले के साथ संरचना संश्लेषित ।
  2. धारा 3 से रिवर्स पूरक किस्में तैयार करें ।
  3. संश्लेषित संरचना के 20 μL में वांछित लंबाई के ताला किस्में के पूरक रिवर्स कर रहे हैं कि कतरा के 2 μL जोड़ें. डीएनए लॉक ' किस्में एकाग्रता संरचना की तुलना में पांच गुना अधिक है ।
  4. कैसे तेजी से विन्यास होता है देखने के लिए 0, 12, ६०, १२०, २४० मिनट के लिए नमूना मशीन ।
    1. 12, ६०, १२०, २४० मिनट की मशीन के लिए, तेजी से ४० ° c करने के लिए नमूना गर्मी और धीरे से प्रत्येक के लिए इसी समय के लिए 20 डिग्री सेल्सियस के लिए नीचे शांत । सही अलग कदम के बाद, तेजी से 4 डिग्री सेल्सियस के लिए नमूना नीचे शांत अवांछित विकार को रोकने के लिए ।
    2. 0 मिनट की मशीन के लिए, रिवर्स पूरक किस्में जोड़ रहे हैं के बाद 4 ° c सही में स्टोर नमूना.

7. उनि इमेजिंग

नोट: उनि इमेजिंग प्रोटोकॉल पिछले साहित्य18,20से अनुकूलित किया गया था ।

  1. ८७.५ μL के nuclease-फ्री वॉटर और १२.५ μL के 10 मीटर NaOH सॉल्यूशन को मिलाकर १.२५ मीटर NaOH सॉल्यूशन तैयार करें ।
  2. 1 μL के १.२५ M NaOH हल करने के लिए 2% uranyl formate समाधान के ५० μL जोड़ें ।
  3. भंवर 3 मिनट के लिए समाधान और अधिकतम गति से 3 मिनट के लिए केंद्रापसारक । जमा 3 μL चमक पर शुद्ध नमूने के 3 मिनट के लिए छुट्टी दे दी उनि ग्रिड और तेजी से फिल्टर कागज के साथ बाहर धोने ।
  4. 30 सेकंड के लिए तैयार uranyl formate समाधान के 7 μL जमा करें और तेजी से फिल्टर कागज के साथ बाहर धोने ।
  5. माप की लंबाई और कोण के accordion द्वारा imaged संरचना ।

8. झल्लाहट विश्लेषण

  1. एटो ५५० और एटो 647N डाई का प्रयोग करें, जिसके लिए Förster दूरी ६.५ एनएम है । 1 तालिका में ५८ स्टेपल और स्टेपल ११७ फ्लोरोसेंट लेबल किस्में के साथ बदलें । फिर धारा 3 में वर्णित विधि द्वारा फ्लोरोसेंट लेबल किस्में के साथ संरचना संश्लेषित ।
  2. शुद्ध नमूना की एकाग्रता को मापने ।
  3. 10 एनएम के लिए नमूने को सामान्य और ३८४ microplates को अच्छी तरह से ५० μL लोड ।
  4. ५५० एनएम पर दाता और स्वीकारकर्ता रंजक के साथ नमूना उत्तेजित और एक fluorometer के साथ ८०० एनएम के लिए ५७० एनएम से प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रम उपाय ।
  5. दाता के प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रम को मापने के एक ही रास्ते में केवल नमूना ।
  6. ६५० एनएम पर नमूने के रंजक और प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रम और उपाय ६७० एनएम से ८०० एनएम के लिए उत्तेजित । यह स्वीकारकर्ता की एकाग्रता को मापने के लिए है ।
  7. तीन नमूनों के साथ एक ही प्रयोग दोहरा कर मानक विचलन प्राप्त करें, जो संश्लेषित और अलग से शुद्ध कर रहे हैं.
  8. अनुपात एक विधि के रूप में21से नीचे समीकरण द्वारा वर्णित के साथ झल्लाहट दक्षता की गणना ।
    Equation
    डीए५५०: स्वीकारकर्ता ५५० एनएम उत्तेजना में दाता और स्वीकारकर्ता के साथ नमूना के पीक प्रतिदीप्ति तीव्रता ।
    डी५५०: दाता के स्वीकारकर्ता उत्सर्जन रेंज में प्रतिदीप्ति तीव्रता-५५० एनएम उत्तेजना पर केवल नमूना ।
    डीए६५०: स्वीकारकर्ता ६५० एनएम उत्तेजना में दाता और स्वीकारकर्ता के साथ नमूना के पीक प्रतिदीप्ति तीव्रता ।

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Representative Results

6 डीएनए accordion रैक द्वारा डिजाइन 6 oxDNA16,17 से नकली है और परिणाम चित्रा 6में दिखाए जाते हैं । अनुकरण परिणाम से, यह पुष्टि की है कि इरादा संरचना संरचना के विरूपण के बिना गठन किया गया था ।

चित्रा 7 में उनि छवियों 2, 8, 13 और 20 बीपी की एक लॉक लंबाई के साथ विन्यस्त संरचनाओं की छवियों हैं. छवि पर, संरचनाओं के कोण (चित्रा 8A) ताला की लंबाई के रूप में कम हो जाता है लंबे समय हो जाता है । सांख्यिकीय प्रवृत्ति का विश्लेषण करने के लिए, औसत और कई विन्यस्त संरचनाओं के कोण (चित्रा 8A) के मानक विचलन प्राप्त किया गया (चित्रा 8B). इसके अलावा, झल्लाहट माप परिणाम संरचनात्मक परिवर्तन और अपनी गति दिखाने के लिए, संरचनात्मक प्रवृत्ति के अतिरिक्त में दिखाया गया है उनि छवि (चित्रा 8C) ।

इन विश्लेषण प्रक्रियाओं से, डीएनए accordion रैक के लक्षण जैसे कि कितने ताले संरचनात्मक विंयास और विंयास की गति के लिए आवश्यक है निर्धारित किया गया था ।

Figure 1
चित्र 1. एक पुनर्विन्यास डीएनए accordion रैक । A. डीएनए accordion रैक कठोर डीएनए मुस्कराते हुए और एकाधिक लचीला जोड़ों कि प्रत्येक बीम कनेक्ट से बना है । accordion रैक अलग डीएनए ताले की लंबाई के अनुसार विंयस्त है । विभिन्न 2d और 3 डी प्लेटफार्मों मंच को संशोधित करके डिजाइन किया जा सकता है । B. डीएनए accordion रैक के विंयास अलग लंबाई के साथ डीएनए ताले के संकरण के साथ हासिल की है । ' मुक्त राज्य ' संरचना में, जब अतिरिक्त न्यूक्लियोटाइड क्रॉसओवर (या जोड़ों, पीले) के लिए जोड़ रहे हैं, डीएनए मुस्कराते हुए (दो helices शामिल) के बीच ढीला कनेक्शन के कारण, कोण (ऊपरी भाग) बदला जा सकता है । दोनों आसंन बीम के चिपचिपा भाग के लिए पुल भाग के विभिंन लंबाई के साथ डीएनए ताले के संकरण ' बंद राज्य ' (निचले भाग) उत्पंन करता है । toehold भागों का उपयोग कर किनारा विस्थापन (ब्लू) के साथ डीएनए ताले ईंधन किनारा संरचना के बंद राज्य से डीएनए ताले अलग और मुक्त करने के लिए राज्य बदल जाते हैं. डीएनए ताले के विभिंन पुस्तकालयों के साथ इस प्रक्रिया को दोहराने से, संरचना अलग कोणों से reconfigureed है । यह आंकड़ा पिछले अनुसंधान11से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2 .6 द्वारा 6 accordion रैक caDNAno का उपयोग कर बनाया गया है । डीएनए accordion रैक के 14 मुस्कराते हुए गिने और caDNAno के जाली पैनल पर तैयार कर रहे हैं । यह आंकड़ा पिछले अनुसंधान11से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3. पाड़ अनुमार्गण एल्गोरिथ्म । ए पाड़ कि विधानसभा में accordion रैक के विपरीत पक्षों पर स्थित वर्टेक्स में इस्तेमाल नहीं कर रहे हैं । B. सात बंद loops पाड़ क्रॉसओवर पैदा करके एक एकल पाश में विलय कर रहे हैं । से कम छह पाड़ क्रॉसओवर अंक की जरूरत है और पाड़ क्रॉसओवर की स्थिति पिछले साहित्य से अनुकूलित है । यह आंकड़ा पिछले अनुसंधान11से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4. कॉंफ़िगरेशन फ़ाइल का उदाहरण । timestep, ऊर्जा और बॉक्स आकार और ओरिएंटेशन जानकारी जैसे सामान्य जानकारी कॉन्फ़िगरेशन फ़ाइल शामिल हैं । विंयास फाइल में छोड़ दिया पर नौ कॉलम स्थिति वेक्टर, रीढ़-सदिश आधार हैं, और सामांय सदिश क्रमशः । सही पर छह कॉलम वेग और कोणीय वेग हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5. विंयास फाइल के दृश्य से पहले और संशोधन के बाद । स्थिति, रीढ़ आधार, और सामांय वेक्टर रोटेशन परिवर्तन का उपयोग कर विंयास फाइल में जानकारी बनाने के लिए संशोधित किया गया था accordion रैक के संरचनात्मक जानकारी को प्रतिबिंबित । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6. oxDNA से सिमुलेशन परिणाम । डीएनए ताले के साथ accordion रैक, जिनमें से लंबाई 2, 8, 13 और 20 बीपी, नकली थे । 18 लॉकिंग साइट्स का इस्तेमाल किया गया । एक 6 द्वारा 6 accordion रैक के साथ एक डीएनए ताला जिसमें लंबाई एक 2 बीपी, बी 8 बीपी, सी 13 बीपी और डी 20 बीपी है नकली औरcogil द्वारा visualized । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्रा 7. उनि 6 डीएनए accordion रैक द्वारा कॉंफ़िगर की छवियों । एक 2 बीपी, बी 8 बीपी, सी 13 बीपी और डी 20 बीपी की लॉक लंबाई के साथ संरचनाओं छवि थे । इस प्रयोग के लिए 18 लॉकिंग साइट्स का उपयोग किया गया । (स्केल बार: १०० एनएम) । यह आंकड़ा पिछले अनुसंधान11से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 8
चित्र 8. 2d accordion रैक के कोण नियंत्रण । 6-से-6 जाल शामिल accordion रैक के कोण डीएनए ताले की लंबाई से नियंत्रित किया गया था । A. accordion रैक के 18 लॉकिंग साइटों के लिए 2, 8, 13 और 20 बीपी की लंबाई के साथ डीएनए ताले जोड़कर, कोण (नीला) प्रतिनिधि उनि छवियों में देखा के रूप में विंयस्त है । डाई जोड़ी, Atto647N, और Atto550 झल्लाहट दक्षता विश्लेषण के लिए संरचना से जुड़ा हुआ है । (स्केल बार: १०० एनएम) B. कॉन्फ़िगर किए गए कोणों का वितरण. मढ़ा प्रवृत्ति लाइन (ग्रे) 2 जाल प्रति 1 ताला के ग्राफ से है । साथ ही, x-अक्ष के ग्रिड 2 मेष प्रति 1 लॉक के ग्राफ़ पर एक ही ग्रिड से मेल खाती है । पट्टियां माध्य कोण से एक मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करती हैं । C. झल्लाहट क्षमता का वितरण । पट्टियां माध्य कुशलता से एक मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करती हैं । D. झल्लाहट दक्षता परिवर्तन जबकि राज्य बंद करने के लिए स्वतंत्र से संक्रमण या इसके विपरीत अलग मशीन समय के अनुसार मापा गया था । 2 बीपी की लंबाई के साथ डीएनए लॉक का इस्तेमाल किया गया । पट्टियां माध्य कुशलता से एक मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करती हैं । यह आंकड़ा पिछले अनुसंधान11से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

नाम अनुक्रम लंबाई
प्रधान 1 ATAAGAGGTCATTTTTGCGGATGGATGTTACT ३२
प्रधान 2 CAAAGTTACCAGAAGGAAACCGAGACATCGGG ३२
प्रधान 3 ACAATGAAATAGCAATAGCTATCTCAAATAAA ३२
प्रधान 4 CGCTAATATGAACGGTGTACAGACCAGGCGCATAGGCTGGGAACAAAGTCAGAGGG ५६
प्रधान 5 CAGAAAACCCGGAATAGGTGTATCACCGTACTCAGGAGGTCCCCCTCAAATGCTTT ५६
प्रधान 6 AGTGAGAATAGAAAGGTATGATATTCAACCGTTCTAGCTGATAAATTATCAACAGT ५६
प्रधान 7 ATTTGGGGCGCGAGCTATATGGTT 24
प्रधान 8 GCCTTTATTTCAACGCAAGGATAATTAATGGA ३२
प्रधान 9 TCAATTACCCACTACGAAGGCACCGGTAAAAT ३२
प्रधान 10 ATTCAGTGAATAAGGCTTGCCCTGAAAACAGA ३२
प्रधान 11 AGAAACAATAACGGATTCGCCTGATAGCCGAA ३२
प्रधान 12 ATCAATATCTGGTCAGTTGGCAAAAGTAACAA ३२
प्रधान 13 CGGAGACAGTCAAATCACCATCAAGGGTTAGA ३२
प्रधान 14 GAGAATTAACTGAACACGAAACAAAGTACAACGGAGATTTGTATCATCGAAGCGCA ५६
प्रधान 15 CGAGAGGGTTGATATAAGTATAGCATAGGAAC ३२
प्रधान 16 CCCTTATTAGCGTTTGCCATCTTTTGGTGCCG ३२
प्रधान 17 GTTTTCATCGGCATTTATGCCGGA 24
प्रधान 18 GTAGCAACTTCCAGTAAGCGTCATGTCTCTGA ३२
प्रधान 19 AGCTAATGCAGAACGCAATAAACA 24
प्रधान 20 CCGTAATGGGATAGGTCACGTTGGGCCTATTT ३२
प्रधान 21 ACCAGAGCCACCACCGCGAGAGGC 24
प्रधान 22 AGGCTCCAAAAGGAGCCGTTTACCAGACGACGATAAAAACCAAAATAGAAAATCTC ५६
प्रधान 23 GCCGGAAGGAAACGCAATAATAACGGAATACCCAAAAGAACTCACAATTCCACACA ५६
प्रधान 24 TTTTTCACCGGTGTCTGGAAGTTTCATTCCATATAACAGTACTAAAGGAATTGCGA ५६
प्रधान 25 ATCAGGTCTTTACCCTCGCATTAAATTTTTGTTAAATCAGCTCATTTTTGACCATA ५६
प्रधान 26 TGCTGCAAGGCGATTAAGTTGGGTGACATTCA ३२
प्रधान 27 AATAAAGAAATTGCGTAGATTTTCAGCTGCTC ३२
प्रधान 28 CCCAATCCTCGCACTCCAGCCAGCTTTCCGGCACCGCTTCAAAATAAACAGCCATA ५६
प्रधान 29 AAAGACTTCAAATATCATCAAAAGAATAGCCCGAGATAGGGTTGAGTGATTAAGAG ५६
प्रधान 30 GTAGCGACAGAATCAAGTTTGCCTGATTTAGA ३२
प्रधान 31 GCCACCCTCAGAACCGCCACCCTCAACAAGAG ३२
प्रधान ३२ AAGCAAGCCGTTTTTATTTTCATCTCCTGATT ३२
प्रधान ३३ GAGGGTAGCTATTTTTGAGAGATCCGTCAGAC ३२
प्रधान ३४ TATGACCCTGTAATACTCCCATCCTAATTTACGAGCATGTAGAAACCAGTTGTACC ५६
प्रधान ३५ GATTAGAGAGTACCTTAACAGTGCCCGTATAAACAGTTAATGCCCCCTAACTCCAA ५६
प्रधान ३६ CGTCTTTCCAGACGTTGTAGGAATCATTACCGCGCCCAATAGCAAGCACGATCTAA ५६
प्रधान ३७ TTTAACGTCAAAAATGAGTGAGACGGGCAACAGCTGATTGCCCTTCACAAGAAACG ५६
प्रधान ३८ TTTAACGGGGTCAGTGCCTTGAGTATAAGGGA ३२
प्रधान ३९ AATTGTGTGCAAAATCCCTTATAAGGTGGTTC ३२
प्रधान ४० ACCAGTAGCACCATTACCATTAGCTTTCAGGG ३२
प्रधान ४१ AAACATCAAGAAAACAAAATTAATTCACATTA ३२
प्रधान ४२ TTGGCCTTGATATTCATCATCTTT 24
प्रधान ४३ TGCATCAATCAACAGTTGAAAGGAATTGAGGAAGGTTATCATTATAGTCAGAAGCA ५६
प्रधान ४४ GCCCCAGCAGGCGAAAATCCTGTTAGGGGACG ३२
प्रधान ४५ TCCTCATTAAAGCCAGAATGGAAAAGCAAGAA ३२
प्रधान ४६ GAGCCTAATTTGCCAGGGGGGTAATAGTAAAATGTTTAGACTGGATAGAACGAGCG ५६
प्रधान ४७ TAAGAGCAACACTATCATAACCCTTTAACGTC ३२
प्रधान ४८ ATAGCAAGCCCAATAGGAACCCATGCAAAATC ३२
प्रधान ४९ CATAAAAACTTAGAGCTTAATTGCTGAATATAATGCTGTATAGCAGCCTTTACAGA ५६
प्रधान ५० ATTTACCGGGCTACAGAGGCTTTGGAACGAGG ३२
प्रधान ५१ GTGCCTAATGAGTGAGAATGCAGATACATAACGCCAAAAGGAATTACGAAGTGTAA ५६
प्रधान ५२ ATACCGATAGTTGCGCATCGGCCAACGCGCGGGGAGAGGCGGTTTGCGTTTCTTAA ५६
प्रधान ५३ ATAACCGATACCGAAGCCCTTTTTAAGAAAAGTAAGCAGAAATGACAACAACCATC ५६
प्रधान ५४ TCAGAGCCGCCACCCTCAGAACCGGCTCAACA ३२
प्रधान ५५ TTTTGCAAAAGAAGTTTTGCCAGAAATCAAAA ३२
प्रधान ५६ GGCCTCTTCGCTATTACGCCAGCTAAGAAACC ३२
प्रधान ५७ ACATGTTCAAAGACACCACGGAATCATATAAA ३२
प्रधान ५८ CTGTGTGAAATTGTTAGAGTAATGTGTAGGTAAAGATTCAAAAGGGTGTGGTCATA ५६
प्रधान ५९ TTTCGAGGCCGGATATTCATTACCCAAATCAACGTAACAAAATTGTATCGGTTTAT ५६
प्रधान ६० CTTTAGGAGCACTAACAACTAATAAGCCCCAA ३२
प्रधान ६१ AGATTAGTTGCTATTTTACAAAGGCTATCAGGTCATTGCCTGAGAGTCTTGAAGCC ५६
प्रधान ६२ GAGCCGCCGCCAGCATTGACAGGACTGACCTT ३२
प्रधान ६३ GAAACCAGGCAAAGCGCCATTCGCTCATAGCC ३२
प्रधान ६४ CATCAAGAGTAATCTTGACAAGAACACCACCA ३२
प्रधान ६५ AACCTTGCTTCTGTAAATCGTCGCTTATCAAC ३२
प्रधान ६६ TAGTTAGCGACAACTCGTATTAAATCCTTTGCCCGAACGTGTAGCATTCCACAGAC ५६
प्रधान ६७ ACCGATTGAGGGAGGGAAGGTAAAGGGGGATG ३२
प्रधान ६८ TACCAGCGCCAAAGACAAAAGGGCGTTTAGCT ३२
प्रधान ६९ TCATATATTTTAAATGCAATGCCTAAAACGAA ३२
प्रधान ७० ACATTATCATTTTGCGTATTGACG 24
प्रधान ७१ CGGAACCTATTATTCTGAAACATGCGGATTGA ३२
प्रधान ७२ CCTGAGAGATATTTTGTTAAAATTTAAATTGT ३२
प्रधान ७३ GAAACCATCGATAGCAAATCAGAT 24
प्रधान ७४ CTCAGAGCCGCCACCATATTGGGC 24
प्रधान ७५ CACCGACTTGAGCCATTTGGGAATACACTGAG ३२
प्रधान ७६ TCATGAGGAAGTTTCCATTAAACGTTTGCGGG ३२
प्रधान ७७ AAACAGGAAGATTGTATAAGCAAATAAAATAT ३२
प्रधान ७८ ATCGTCACCCTCAGCAGCGAAAGAAGACTTTT ३२
प्रधान ७९ ATCAACATTAAATGTGTTGTTCCA 24
प्रधान ८० TGCAGGGAGTTAAAGGAACGAAAGAGGCAAAAGAATACACTAAAACACTTCGGTCG ५६
प्रधान ८१ ACGTAATGCTGAGCAAAAGAAGATTATTCATT ३२
प्रधान ८२ AATCGATGAACGGTAATCGTAAAATTAGTACC ३२
प्रधान ८३ GACCCCCAGCGATTATACCAAGCGGAGGCAGG ३२
प्रधान ८४ CGAAATCCGCGACCTGGCCTGATA 24
प्रधान ८५ GCCATCAAAAATAATTCGCGTCTGAGTGCCGT ३२
प्रधान ८६ TCGGCTGTCTTTCCTTATCATTCCATTACCTT ३२
प्रधान ८७ CAGACCGGGGGCGCATCGTAACCGTGCATCTGCCAGTTTGTTTAATTCGAGCTTCA ५६
प्रधान ८८ GTTTGGAACAAGAGTCCACTATTACCTGTAGC ३२
प्रधान ८९ AACAGTACATAAATCAATATATGTCGGGAGAA ३२
प्रधान ९० GACGTTGGGAAGAAAAATCTACGTCTGGCATG ३२
प्रधान ९१ CAAAATCGCGCAGAGGCGGGAAAC 24
प्रधान ९२ ATTGCGTTGCGCTCACTGCCCGCTGATGAAAC ३२
प्रधान ९३ CCCCGGTTGATAATCACGTCCAAT 24
प्रधान ९४ ATGCCTGCAGGTCGACAAGAACGGGTATTAAACCAAGTACCGCACTCACCAGTGCC ५६
प्रधान ९५ GTTTGGATTATACTTCTGAATAATTGATTCCC ३२
प्रधान ९६ ACCGAACTGACCAACTTTGAAAGATAATAAGT ३२
प्रधान ९७ GCCAGGGTGGTTTTTCTTTTCACCCCTCAGAG ३२
प्रधान ९८ CAGTTGAGATTTAGGAATACCACATACATTTA ३२
प्रधान ९९ TAGCCGGAACGAGGCGCAGACGGTTCCTTTTG ३२
प्रधान १०० AGTATTAGACTTTACAAACAATTCCGTAATCA ३२
प्रधान १०१ CTTGCGGGAGAACCGCCACCCTCAGAGCCACCACCCTCATGAGGCGTTTTAGCGAA ५६
प्रधान १०२ TTAAGAACTGGCTCATATCAATAA 24
प्रधान १०३ CATACAGGCAAGGCAAAGAATTAGAAGTTTAT ३२
प्रधान १०४ ATTGAGTTAAGCCCAAACATGGCTTTTGATGATACAGGAGTGTACTGGGAGATAAC ५६
प्रधान १०५ ATAGAAGGCTTATCCGGTATTCTACGGAAACG ३२
प्रधान १०६ CTGTCGTGCCAGCTGCATTAATGATTTGAATA ३२
प्रधान १०७ CTTACCAAGATTAGAGCCGTCAATAGATAATACATTTGAGCCCAGCTACAATTTTA ५६
प्रधान १०८ ACCTTGCTGAACCTCAAAAGTATTAAGAGGCTGAGACTCCTCAAGAGAAAAAATCT ५६
प्रधान १०९ TTTGTCACAATCAATAGAAAATTCCAATAAAT ३२
प्रधान ११० CAATTCTATTCAACTTTAATCATTCTTGAGAT ३२
प्रधान १११ ACGACAGTATCGGCCTCAGGAAGAGCTGGTTT ३२
प्रधान ११२ ACTGCGGAATCGTCATAAATATTCATGTCAAT ३२
प्रधान ११३ TTTCGTCACCAGTACAAACTACAAATCACCGT ३२
प्रधान ११४ AATTCTGCGAACGAGTAGATTTAGTCCTGATT ३२
प्रधान ११५ GAAATTATTCATTAAAGGTGAATTTTTAAAAG ३२
प्रधान ११६ ACCAGAAGGAGCGGAATTATCATCTCGGTGCG ३२
प्रधान ११७ AATTCGTAACGAGAAACACCAGAACGAGTAGTAAATTGGGGAGGATCCCCGGGTAC ५६
प्रधान ११८ ATTAAGACTCCTTATTACGCAGTACCAGTCAG ३२
प्रधान ११९ GGTTTAATCTAATAGTAGTAGCATGGTGGCAT ३२
प्रधान १२० AAACCGTCTTAGCGGGGTTTTGCTCAGTACCAGGCGGATATGGACTCCAACGTCAA ५६
प्रधान १२१ TATCAAAATTATTTGCAGAAAGGC 24
प्रधान १२२ ACAACATTATTACAGGTAGAACCC 24
प्रधान १२३ CCCGTCGGATTCTCCGTGGGAACAAACCCTCA ३२
प्रधान १२४ ACAATTTCATTTGAATTACCTTTTAGATTCAT ३२
प्रधान १२५ GCTAAACACATTCAGGCTGCGCAACTGTTGGGAAGGGCGAAATGAATTTTCTGTAT ५६
प्रधान १२६ AATAGATAAGTCCTGAACAAGAAAGAGTGAAT ३२
प्रधान १२७ AAAGCTAATGTTAGCAAACGTAGAAAATACATACATAAAGTTAAGCAATAAAGCCT ५६
प्रधान १२८ TGTTTTAAATATGCAACTAAAGTACGCCTCCC ३२
प्रधान १२९ ATACAGTAACAGTACCAGGCATAG 24
प्रधान १३० GTAAAACGTTTGACCATTAGATACATTTCGCAAATGGTCACAGGGTTTTCCCAGTC ५६
प्रधान १३१ AGTTGCAGCAAGCGGTCGCCTGGC 24
प्रधान १३२ ATGGCAATTCATCAATTCGAGAAC 24

तालिका 1. प्रधान किस्में का अनुक्रम

नाम अनुक्रम
Toehold_1 AGAAGTCG
Toehold_2 AGGTATGG
Toehold_3 CTCCACTC
Toehold_4 GTGTCCGA
Toehold_5 AAGTAGAC
Toehold_6 GAGTCGCT
Toehold_7 AGTGTCTA
Toehold_8 GTATCGTG
Toehold_9 CATCACAG
Toehold_10 CGAGACTT
Toehold_11 ACGGACGA
Toehold_12 GCCTACTC
Toehold_13 GATGTGGA
Toehold_14 GCGTGCGT
Toehold_15 GTGGACAA
Toehold_16 TACGACTG
Toehold_17 CAGCCGTG
Toehold_18 TGCCGCAT

तालिका 2. कतरास विस्थापन प्रयोग के लिए Toehold अनुक्रम

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Discussion

इस प्रोटोकॉल डिजाइन, सिमुलेशन, संश्लेषण, और बुनियादी 2 डी डीएनए accordion रैक के विश्लेषण से पूरी प्रक्रिया का परिचय । संशोधित डिजाइन और सिमुलेशन नियमों का वर्णन किया गया है क्योंकि डिजाइन नियम मानक डीएनए origami के उस से अलग है, में है कि डीएनए accordion रैक लचीलापन14,15के लिए क्रॉसओवर पर अतिरिक्त न्यूक्लियोटाइड है । इस से, हम उंमीद करते है कि प्रोटोकॉल डीएनए accordion रैक का उपयोग कर विभिंन शोध में तेजी लाने कर सकते हैं । इसके अलावा, वर्णित प्रोटोकॉल भी अंय डीएनए nanostructure बजाय मानक डीएनए origami का उपयोग कर अनुसंधान के लिए लागू किया जा सकता है ।

बुनियादी 2 डी संरचना मूल अनुसंधान पत्र में प्रदर्शन के अलावा अंय संरचनाओं के लिए, डिजाइन वर्णित प्रोटोकॉल के संशोधनों के साथ किया जा सकता है । संक्षेप में, एक मुक्केबाजी-दस्ताने वसंत संरचना मूल मॉडल से बीम संख्या और लंबाई बदलकर बनाया गया है । 3d nanotubular संरचनाओं को भी एक 2d accordion रैक संरचना के दोनों सिरों को जोड़ने के द्वारा बनाया जा सकता है । हालांकि, 3d संरचनाओं का अनुकरण करने के लिए, मुस्कराते हुए की प्रारंभिक स्थिति 3 डी अंतरिक्ष में विचार किया जाना चाहिए और मुस्कराते हुए प्रारंभिक राज्य के लिए कटिबद्ध माना जाता है । इसलिए, अधिक गणना परिवर्तन की आवश्यकता है । डिजाइन और विभिंन 2d और 3 डी डीएनए accordion रैक संरचनाओं के अनुकरण भविष्य अनुसंधान में कंप्यूटर सहायता प्राप्त कार्यक्रम के विकास के द्वारा आयोजित किया जाएगा ।

गति और actuation की पुनरावृत्ति गतिशील डीएनए नैनो के क्षेत्र में भी महत्वपूर्ण कारक हैं । हाल ही में गतिशील डीएनए संरचनाओं कि बाहरी विद्युत या चुंबकीय क्षेत्र का जवाब प्रस्तावित कर रहे हैं और उच्च गति के साथ संचालित22,23. जबकि डीएनए accordion रैक एकाधिक डीएनए बीम के सामूहिक actuation सक्षम है, विंयास की गति काफी सुधार नहीं था क्योंकि actuation डीएनए किनारा विस्थापन पर आधारित है । आगे अनुप्रयोगों के लिए, बाहरी उत्तेजनाओं के लिए प्रतिक्रिया डीएनए लॉक डिजाइन का अनुकूलन या किसी अन्य बाहरी उत्तेजनाओं का उपयोग करके सुधार किया जाना चाहिए ।

पुनर्विन्यास accordion संरचना के लिए एक आवेदन अध्ययन के रूप में, विभिंन कार्यात्मक सामग्री जैसे दवा अणुओं, नैनोकणों, या प्रोटीन संरचना करने के लिए संलग्न किया जा सकता है । इसके लिए अणुओं को प्रधान से जोड़ा जा सकता है जो अभीष्ट स्थिति में मौजूद है । कुल मिलाकर, आवेदन अध्ययन की एक किस्म इस प्रोटोकॉल और उसके संशोधनों के माध्यम से आयोजित किया जा सकता है ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है

Acknowledgments

इस शोध को आंशिक रूप से वैश्विक अनुसंधान विकास केंद्र कार्यक्रम कोरिया के नेशनल रिसर्च फाउंडेशन (एनआरएफ) विज्ञान और आईसीटी (MSIT) (2015K1A4A3047345) और नैनो · मंत्रालय द्वारा वित्त पोषित के माध्यम से समर्थन किया था विज्ञान और आईसीटी (MSIT) (2012M3A7A9671610) के द्वारा वित्त पोषित नेशनल रिसर्च फाउंडेशन ऑफ कोरिया (एनआरएफ) के माध्यम से सामग्री प्रौद्योगिकी विकास कार्यक्रम । सियोल नेशनल यूनिवर्सिटी में इंस्टीट्यूट ऑफ इंजीनियरिंग रिसर्च ने इस काम के लिए शोध सुविधाएं उपलब्ध कराई । लेखक ताे के प्रति कृतज्ञता व्यक्त करते हैं-यंग Yoon (जैविक विज्ञान, सियोल राष्ट्रीय विश्वविद्यालय) झल्लाहट विश्लेषण के लिए प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोस्कोपी के संबंध में.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
M13mp18 Single-stranded DNA NEB N4040s
1M MgCl2 Solution Biosesang M2001
Tris-EDTA buffer Biosesang T2142
Nuclease-Free Water Qiagen 129114
5M Sodium Chloride solution Biosesang s2007
PEG 8000 Sigma Aldrich 1546605
10N NaOH Biosesang S2038
Uranyl formate Thomas Science C993L42
Thermal cycler C1000 Biorad
Nanodropic 2000 Thermo Fisher Scientific
TEM (LIBRA 120)   Carl Zeiss
Fluorometer Enspire 2300 Perkin-Elmer
Centrifuge Labogene LZ-1580

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References

  1. Andersen, E. S., et al. Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid. Nature. 459 (7243), 73-76 (2009).
  2. Cha, T. -G., et al. Design principles of DNA enzyme based walkers: Translocation kinetics and photo-regulation. Journal of the American Chemical Society. 137 (29), 9429-9437 (2015).
  3. Gerling, T., Wagenbauer, K. F., Neuner, A. M., Dietz, H. Dynamic DNA devices and assemblies formed by shape-complementary, non-base pairing 3D components. Science. 347 (6229), 1446-1452 (2015).
  4. Pinheiro, A. V., Han, D., Shih, W. M., Yan, H. Challenges and opportunities for structural DNA nanotechnology. Nature nanotechnology. 6 (12), 763-772 (2011).
  5. Li, J., et al. Exploring the speed limit of toehold exchange with a cartwheeling DNA acrobat. Nature Nanotechnology. 1, (2018).
  6. Krishnan, Y., Simmel, F. C. Nucleic acid based molecular devices. Angewandte Chemie International Edition. 50 (14), 3124-3156 (2011).
  7. Liu, M., et al. A DNA tweezer-actuated enzyme nanoreactor. Nature communications. 4, 2127 (2013).
  8. Douglas, S. M., Bachelet, I., Church, G. M. A logic-gated nanorobot for targeted transport of molecular payloads. Science. 335 (6070), New York, N.Y. 831-834 (2012).
  9. Kuzyk, A., et al. Reconfigurable 3D plasmonic metamolecules. Nature Materials. 13 (9), 862-866 (2014).
  10. Zhou, C., Duan, X., Liu, N. A plasmonic nanorod that walks on DNA origami. Nature communications. 6, 8102 (2015).
  11. Choi, Y., Choi, H., Lee, A. C., Lee, H., Kwon, S. A Reconfigurable DNA Accordion Rack. Angewandte Chemie International Edition. 57 (11), 2811-2815 (2018).
  12. Chen, H., et al. Understanding the Mechanical Properties of DNA Origami Tiles and Controlling the Kinetics of their Folding and Unfolding Reconfiguration. Journal of the American Chemical Society. 136 (19), 6995-7005 (2014).
  13. Han, D., Pal, S., Liu, Y., Yan, H. Folding and cutting DNA into reconfigurable topological nanostructures. Nature Nanotechnology. 5 (10), 712-717 (2010).
  14. Douglas, S. M., et al. Rapid prototyping of 3D DNA-origami shapes with caDNAno. Nucleic Acids Research. 37 (15), 5001-5006 (2009).
  15. Castro, C. E., et al. A primer to scaffolded DNA origami. Nature methods. 8 (3), 221-229 (2011).
  16. Ouldridge, T. E., Louis, A. A., Doye, J. P. K. DNA Nanotweezers Studied with a Coarse-Grained Model of DNA. Physical Review Letters. 104 (17), 178101 (2010).
  17. Snodin, B. E. K., et al. Direct Simulation of the Self-Assembly of a Small DNA Origami. ACS Nano. 10 (2), 1724-1737 (2016).
  18. Amir, Y., Abu-Horowitz, A., Bachelet, I. Folding and Characterization of a Bio-responsive Robot from DNA Origami. Journal of Visualized Experiments. (106), e51272 (2015).
  19. Stahl, E., Martin, T. G., Praetorius, F., Dietz, H. Facile and Scalable Preparation of Pure and Dense DNA Origami Solutions. Angewandte Chemie International Edition. 53 (47), 12735-12740 (2014).
  20. Wei, B., Vhudzijena, M. K., Robaszewski, J., Yin, P. Self-assembly of Complex Two-dimensional Shapes from Single-stranded DNA Tiles. Journal of Visualized Experiments. (99), e52486 (2015).
  21. Clegg, R. M. Fluorescence resonance energy transfer and nucleic acids. Methods in enzymology. 211, 353-388 (1992).
  22. Kopperger, E., et al. A self-assembled nanoscale robotic arm controlled by electric fields. Science. 359 (6373), New York, N.Y. 296-301 (2018).
  23. Lauback, S., et al. Real-time magnetic actuation of DNA nanodevices via modular integration with stiff micro-levers. Nature Communications. 9 (1), 1446 (2018).

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डिजाइन और एक पुनर्विन्यास डीएनए accordion रैक के संश्लेषण
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Choi, Y., Choi, H., Lee, A. C.,… More

Choi, Y., Choi, H., Lee, A. C., Kwon, S. Design and Synthesis of a Reconfigurable DNA Accordion Rack. J. Vis. Exp. (138), e58364, doi:10.3791/58364 (2018).

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