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.
Method Article
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.
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.
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.
Recientemente hemos informado de un método para construir nanoestructuras discretos con formas 2D prescritos utilizando baldosas de cadena sencilla (SST), y demostramos estructuras con una complejidad comparable al origami de ADN 26. Esta article es una adaptación de nuestro trabajo anterior 26 y describe los protocolos detallados para la organización de TSM direccionables individualmente en sofisticadas formas 2D finitos con dimensiones precisamente prescritos (anchos y largos) y morfologías. Una ventaja clave del método de SST es su modularidad. Cada componente SST de una estructura sirve como unidad de construcción modular en la asamblea, y diferentes subconjuntos de estos TSM producir formas distintas. Por lo tanto, hemos establecido una plataforma general para la construcción de nanoestructuras con tamaños y formas prescritas de cortos, hebras de ADN sintético.
TSM contienen cuatro dominios, cada 10 o 11 nucleótidos de largo (Figura 1A). Las TSM se unen de tal manera que sus hélices paralelas crean un entramado de ADN se mantienen unidos por enlaces cruzados. Cada cruce es el fosfato entre los dominios 2 y 3. El fosfato se estira artificialmente en los diagramas para mayor claridad visual. Las cruces están espaciados dos vueltas helicoidales (21 bases) aparte ( Figura 1B). Los rectángulos compuestos se denominan por sus dimensiones en el número de hélices y vueltas helicoidales. Por ejemplo, un rectángulo que es de seis hélices de ancho y ocho helicoidal convierte tiempo es el referenciado como un 6H × 8T rectángulo. TSM se pueden dejar fuera, añadió, o de lo contrario reorganizado para crear estructuras de formas y tamaños (Figura 1C) arbitrarias. Por ejemplo, un diseño rectangular puede ser enrollado en un tubo con una longitud y radio deseado (Figura 1D).
Alternativamente, el enrejado rectangular SST puede ser visto como un lienzo molecular compuestos de SST pixeles, cada 3 nm por 7 nm. En este estudio, utilizamos un lienzo molecular de 310 TSM internos de larga duración, 24 TSM de larga duración que constituyen los límites izquierdo y derecho, y 28 TSM medio de longitud que forman los límites superior e inferior. La lona tiene 24 hélices dobles enlaces por cruces y cada hélice contiene 28 vueltas helicoidales (294 bases) y por lo tanto se conoce comoun 24H × lienzo rectangular 28T. El 24H × lona 28T tiene un peso molecular similar a la de una estructura de origami de ADN creado a partir de un fago M13 andamio.
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1. Secuencia de ADN Diseño
2. Preparación de las Lienzo Molecular
3. Microscopía de Fuerza Atómica Imaging
4. Preparación de muestras para Estreptovidina etiquetado
5. Microscopía de Fuerza Atómica para el etiquetado de estreptavidina
7. Microscopio Electrónico de Transmisión de Imágenes
8. La construcción de formas arbitrarias Uso del Molecular Lienzo
10. Los rectángulos y Tubos través de diferentes escalas
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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...
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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. ...
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Los autores declaran intereses financieros contrapuestos.
Este trabajo fue financiado por la Oficina del Premio Programa Investigador Naval de Investigación Joven N000141110914 de la Oficina de Investigación Naval de Grant N000141010827, NSF CARRERA Premio CCF1054898, Nueva Innovator Award 1DP2OD007292 del Director NIH y un Instituto Wyss de inspiración biológica Ingeniería Fondo inicio Facultad (PY) y Centro de Ciencias de la Vida Fondo de inicio (para PC) Tsinghua-Pekín.
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| 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 |
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