Autoensamblaje de formas bidimensionales complejas de una sola hebra de ADN Azulejos

Summary

mosaico de ADN es un enfoque eficaz para crear nanoestructuras programables. Describimos los protocolos para construir formas bidimensionales complejas mediante el autoensamblaje de mosaicos de ADN monocatenario.

Abstract

Los métodos actuales en nanoarquitectura de ADN han diseñado con éxito una variedad de estructuras 2D y 3D utilizando principios de autoensamblaje. En este artículo, describimos protocolos detallados sobre cómo fabricar formas 2D sofisticadas a través del autoensamblaje de mosaicos de ADN monocatenario direccionables de manera única que actúan como píxeles moleculares en un lienzo molecular. Cada mosaico monocatenario (SST) es una hebra de ADN de 42 nucleótidos compuesta por cuatro dominios modulares concatenados que se unen a cuatro vecinos durante el autoensamblaje. El lienzo molecular es una estructura rectangular autoensamblada a partir de SST. Se forma una forma 2D compleja prescrita seleccionando los píxeles moleculares constituyentes (SST) de un lienzo molecular de 310 píxeles y luego sometiendo las hebras correspondientes a un recocido en un solo recipiente. Debido a la naturaleza modular del enfoque SST, demostramos la escalabilidad, versatilidad y robustez de este método. En comparación con los métodos alternativos, el método SST permite una selección más amplia de polímeros y secuencias de información mediante el uso de hebras cortas de ADN diseñadas y sintetizadas de novo.

Introduction

Ácido nucleico anterior trabajo de auto-ensamblaje ^1-25 ha llevado a la construcción exitosa de una variedad de estructuras complejas, incluyendo el ADN ^{2 - 5,8,10 - 13,17,23} o ARN ^{7,22 3,4,7 periódica, 22} y algorítmica ⁵ bidimensionales enrejados, cintas ^10,12 y tubos ^4,12,13, cristales 3D ^{17, 11} y poliedros finitos, 2D shapes ^7,8. Un método particularmente eficaz es andamiaje origami de ADN, por lo que una sola hebra andamio se pliega por muchas hebras cortas discontinuas auxiliares para formar una forma compleja ^{9,14 - 16,18 - 21,25.}

Reci....

Protocol

1. Secuencia de ADN Diseño

1. Utilice el software UNIQUIMER ²⁷ de diseñar una estructura SST-finito, especificando el número de hélices dobles, longitudes de hélice superior e inferior para cada doble hélice, y el patrón cruzado para crear un lienzo 24H × 28T. Después de definir estos parámetros, la arquitectura general (capítulo composición y el arreglo complementariedad) se ilustra gráficamente en el programa.
2. Generar secuencias para las hebras de la estructura especificada para satisfacer la disposición de la complementariedad y los requisitos adicionales (si los hay). Diseño de secuencias de ADN, reduciendo al mínimo la simetría secue....

Results

El autoensamblaje de TSM (Figura 1) dará lugar a una 24H × 28T rectángulo, como se ilustra en la Figura 2. Secuencias de ADN para los diferentes TSM pueden ser modificados / optimizado para permitir el etiquetado de estreptavidina (Figura 3 y 4), la transformación de una rectángulo en un tubo (Figura 5), el autoensamblaje programable de TSM para formar tubos y rectángulos de diferentes tamaños (Figura 10), y la construc.......

Discussion

En la etapa de formación de la estructura, es importante mantener una concentración apropiada de cationes de magnesio (por ejemplo., 15 mM) en la mezcla de cadena de ADN a nanoestructuras de ADN se auto-ensamblan. Del mismo modo, en la etapa de caracterización del gel de agarosa / purificación, es importante para mantener una concentración de catión magnesio apropiado (por ejemplo., 10 mM) en el gel y el tampón de gel de funcionamiento para retener las nanoestructuras de ADN durante la electroforesis. .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Hebras de ADN		de ADN integrada	Sección 3.1
SYBR Tinción de gel de ADN segura	Invitrogen	S33102	Sección 3.4.2
Freeze'N Squeeze Columnas de centrifugado de extracción de gel de ADN	BIO-RAD	731-6166	Sección 3.6
Sondas de palanca de nitruro afilado de Bruker	Sondas Bruker AFM	SNL10	Sección 4.3
Safe Imager 2.0 Transiluminador de luz azul	Invitrogen	G6600	Sección 3.6
Centrífuga 5430R	Eppendorf	5428 000.414	Sección 3.6
Microscopio electrónico de transmisión	Jeol	Jem 1400	Sección 7.4
Multimodo 8	Veeco		Sección 4
Typhoon FLA 9000 Escáner láser	GE Heathcare Life Sciences	28-9558-08	Sección 3.5
Agua destilada ultrapura	Invitrogen	10977-023	Sección 3.7.1
Disco de mica	Suministros SPI	12001-26-2	Sección 4.1
Disco de montaje de acero	Ted Pella, Inc.	16218	Sección 4.1
Rejilla de cobre recubierta de carbono para TEM	Ciencias de Microscopía Electrónica	FCF400-Cu	Sección 7.2
pinzas	Dumont	0203-N5AC-PO	Sección 7.31
Sistema de descarga incandescente	Quorum Technologies	K100X	Sección 7.2
Motor de ADN Tetrad 2 Termociclador Peltier	BIO-RAD	PTC– 0240G	Sección 3.3
Owl Easycast B2 Mini Sistemas de electroforesis en gel	ThermoScientific	B2	Sección 3.4.3
Seekam LE Agarose 500G	Lonza	50004	Sección 3.4.1
GeneRuler 1kb Plus Escalera de ADN, lista para usar 75-20000bp	ThermoScientific	SM1333	Sección 3.4.4
Espectrofotómetro UV-vis Nanodrop 2000c	ThermoScientific		Sección 3.7
Filtro de 0,2 mmm	Corning Inc.	431219	Sección 7.1.2