Die Selbstorganisation von Complex zweidimensionale Formen von Einzelstrang-DNA-Fliesen

Summary

DNA-Kacheln ist ein effektiver Ansatz, um programmierbare Nanostrukturen herzustellen. Wir beschreiben die Protokolle zur Konstruktion komplexer zweidimensionaler Formen durch die Selbstorganisation von einzelsträngigen DNA-Kacheln.

Abstract

Aktuelle Methoden in der DNA-Nanoarchitektur haben erfolgreich eine Vielzahl von 2D- und 3D-Strukturen unter Verwendung von Prinzipien der Selbstorganisation entwickelt. In diesem Artikel beschreiben wir detaillierte Protokolle zur Herstellung anspruchsvoller 2D-Formen durch die Selbstorganisation von einzigartig adressierbaren einzelsträngigen DNA-Kacheln, die als molekulare Pixel auf einer molekularen Leinwand wirken. Jedes einzelsträngige Tile (SST) ist ein 42-Nukleotid-DNA-Strang, der aus vier verketteten modularen Domänen besteht, die während der Selbstorganisation an vier Nachbarn binden. Die molekulare Leinwand ist eine rechteckige Struktur, die sich selbst aus SSTs zusammensetzt. Eine vorgegebene komplexe 2D-Form wird gebildet, indem die konstituierenden molekularen Pixel (SSTs) aus einer 310-Pixel-Molekülleinwand ausgewählt und dann die entsprechenden Stränge einem Eintopf-Glühen unterzogen werden. Aufgrund des modularen Charakters des SST-Ansatzes demonstrieren wir die Skalierbarkeit, Vielseitigkeit und Robustheit dieser Methode. Im Vergleich zu alternativen Methoden ermöglicht die SST-Methode eine größere Auswahl an Informationspolymeren und -sequenzen durch die Verwendung von de novo gestalteten und synthetisierten kurzen DNA-Strängen.

Introduction

^{5,8,10 - -} vorherige Nukleinsäureselbstmontagearbeiten ^1-25 hat zur erfolgreichen Aufbau einer Vielzahl von komplexen Strukturen, einschließlich DNA ² geführt ^13,17,23 oder RNA ^7,22 periodischen ^{3,4,7, 22} und algorithmische ⁵ zweidimensionalen Gittern, Bänder ^10,12 und Röhren ^4,12,13, 3D-Kristalle ^{17, 11} Polyeder und endlich, 2D-Formen ^7,8. Ein besonders wirksames Verfahren ist eingerüstet DNA-Origami, wobei eine einzelne Gerüststrang wird durch viele kleine Hilfsklammer Stränge gefaltet, um eine komplexe Form zu bilden ^{9,14 - 16,18 - 21,25.}

Protocol

1. DNA Reihenfolgen-Entwurf

1. Verwenden UNIQUIMER Software ²⁷ einen SST-finite Struktur durch die Angabe der Anzahl der Doppelhelix, Längen von oben und unten Helix für jede Doppelhelix und die Crossover-Muster, um ein 24H × 28T Leinwand erstellen zu entwerfen. Nach der Definition dieser Parameter wird die Gesamtarchitektur (Strang-Zusammensetzung und die Komplementarität Anordnung) graphisch im Programm veranschaulicht.
2. Erzeugen eine Folge für die Stränge der angegebenen Struktur, um die Komplementarität Anordnung und zusätzliche Anforderungen (falls vorhanden) zu erfüllen. Design-DNA-Sequenzen durch die Minimierung der Sequenzsymmetrie....

Results

Die Selbstorganisation der SSTs (Figur 1) wird eine 24H × 28T Rechtecks ​​ergeben, wie in Abbildung 2 dargestellt. DNA-Sequenzen für die verschiedenen SSTs modifiziert / werden optimiert, um Streptavidin Kennzeichnung ermöglichen (Figur 3 und 4), die Transformation einer Rechteck in ein Rohr (5), die programmierbare Selbstorganisation von SSTs Rohre und Rechtecke unterschiedlicher Größen (10) bilden, und die Konstruktio.......

Discussion

In der Strukturbildung Schritt ist es wichtig, eine geeignete Konzentration an Magnesiumkationen zu halten (z. B. 15 mM) in dem DNA-Strang-Mischung zur Selbstorganisation DNA-Nanostrukturen. Ähnlich wird in dem Agarosegel Charakterisierung / Reinigungsschritt ist es wichtig, eine geeignete Magnesium-Kationen-Konzentration zu halten (z. B. 10 mM) in dem Gel und dem Gel-Laufpuffer, um die DNA-Nanostrukturen während der Elektrophorese zu erhalten. Zur 24H × 28T Rechteck Struktur testeten wir Glühen in ver.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
DNA-Stränge	Integrierte DNA-Technologie		Abschnitt 3.1
SYBR Sichere DNA-Gelfärbung	Invitrogen	S33102	Abschnitt 3.4.2
Freeze'N Squeeze DNA-Gel-Extraktions-Spin-Säulen	BIO-RAD	731-6166	Abschnitt 3.6
Bruker's Sharp Nitrid Hebelsonden	Bruker AFM-Sonden	SNL10	Abschnitt 4.3
Safe Imager 2.0 Blaulicht-Transilluminator	Invitrogen	G6600	Sektion 3.6
Zentrifuge 5430R	Eppendorf	5428 000.414	Sektion 3.6
Transmissionselektronenmikroskop	Jeol	Jem 1400	Abschnitt 7.4
Multimode 8	Veeco		Abschnitt 4
Typhoon FLA 9000 Laser Scanner	GE Heathcare Life Sciences	28-9558-08	Abschnitt 3.5
Reinstes destilliertes Wasser	Invitrogen	10977-023	Abschnitt 3.7.1
Glimmerscheibe	SPI Supplies	12001-26-2	Abschnitt 4.1
Montagescheibe aus Stahl	Ted Pella, Inc.	16218	Abschnitt 4.1
kohlenstoffbeschichtetes Kupfergitter für die	TEM-Elektronenmikroskopie	FCF400-Cu	Abschnitt 7.2
Pinzetten	Dumont	0203-N5AC-PO	Abschnitt 7.31
Glimmentladungssystem	Quorum Technologies	K100X	Abschnitt 7.2
DNA-Motor Tetrad 2 Peltier-Thermocycler	BIO-RAD	PTC 0240G	Abschnitt 3.3
Owl Easycast B2 Mini-Gelelektrophorese-Systeme	ThermoScientific	B2	Abschnitt 3.4.3
Seekam LE Agarose 500G	Lonza	50004	Abschnitt 3.4.1
GeneRuler 1kb plus DNA-Leiter, gebrauchsfertig 75-20000bp	ThermoScientific	SM1333	Abschnitt 3.4.4
Nanodrop 2000c UV-vis-Spektralphotometer	ThermoScientific		Abschnitt 3.7
0,2 μm Filter	Corning Inc.	431219	Abschnitt 7.1.2