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Comprendre les propriétés mécaniques des ADN double brin est d'une importance fondamentale dans les sciences fondamentales et les applications d'ingénierie. La structure de l'ADN bicaténaire est plus compliqué que d'une échelle hélicoïdale droite parce angles roulis, d'inclinaison et de torsion entre les paires de base successives peuvent varier en fonction de la séquence. Fluctuations thermiques peuvent provoquer des ADN double brin à subir divers modes de fluctuations conformationnelles telles que la flexion, de torsion et d'étirement. Transitions comme la fonte et de déformation peuvent également se produire dans des conditions extrêmes.
Parmi ces propositions, ADNds flexion a l'impact le plus notable biologique 1. ADNdb flexion est associée à la répression ou l'activation de gènes en amenant deux sites distants proches les uns des autres. Il joue également un rôle important dans l'emballage de l'ADN à l'intérieur du noyau de la cellule ou une capside virale. Déformation en flexion de l'ADN bicaténaire peut être visualisée expérimentalement par microscopie à haute résolution (AFM 2 et 3 TEM), et la ThermodynAmics et cinétique peuvent être étudiés par des analyses en boucle, qui relient des sites chimiquement juxtaposés de l'ADN double brin.
Un tel dosage est une ligase dépendante cyclisation 4. Dans ce dosage, les molécules ADN double brin avec des extrémités collantes "cohésives" () sont circularisées ou dimérisés par l'ADN ligase. En comparant les taux de cercle et la formation de dimère, on peut obtenir une concentration molaire efficace d'une extrémité de l'ADN dans le voisinage de l'autre extrémité, qui est connu comme le facteur de J. Ce facteur de J est dimensionnellement équivalente à la densité de probabilité de trouver une extrémité de l'ADN à une courte distance de l'autre extrémité, et reflète ainsi la flexibilité de l'ADN. Mesurer le facteur de J en fonction de la longueur de l'ADN révèle de nombreuses caractéristiques de la mécanique d'ADN dont la longueur de persistance 4,5.
La chaîne de ver (WLC) modèle a été largement considéré comme le modèle de polymère canonique pour la mécanique ADN double brin sur la base de son succès dans explicationining les courbes force-extension obtenus dans l'ADN tirant expériences 6 et prédire correctement les facteurs de J dsDNAs plus de 200 pb 7. Cependant, en utilisant l'essai de cyclisation de molécules d'ADNdb aussi courtes que 100 bp, et Cloutier Widom mesuré les facteurs J pour être de plusieurs ordres de grandeur plus élevés que la prédiction du modèle WLC 8. Un an plus tard, Du et al. produite facteurs J en accord avec le modèle WLC en utilisant le test de cyclisation avec des concentrations plus faibles de ligase et attribué le résultat anormal dans le groupe Widom à des concentrations élevées ligase utilisé 9. Cette controverse illustre l'influence inévitable de l'ADN ligase sur la cinétique de cyclisation en utilisant le test classique 9. En outre, l'ADN ligase peut également affecter la structure de l'ADN et de la rigidité à travers non spécifique 10,11 liaison.
Pour éliminer les problèmes techniques de tests de bouclage protéine dépendante, nous avons récemment démontré une prottest de bouclage ein, à base de Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) 12. Dans ce procédé, des conformations en boucle sont détectées par FRET entre le donneur et l'accepteur attaché à proximité des extrémités cohésives d'une molécule d'ADN. Un total de microscope de fluorescence par réflexion interne du type à objectif (TIRFM) est utilisé pour enregistrer des trajectoires en boucle réversible et débouclage événements à partir de molécules d'ADN simple surface immobilisé pendant une période de temps prolongée. Cette méthode comporte l'assemblage de molécules d'ADN à base de PCR pour générer des molécules d'ADN libre mésappariement, ce qui est une amélioration cruciale sur une méthode similaire par Vafabakhsh Ha et 13. L'aspect unique molécule de ce protocole permet la mesure des distributions en plus de Ensemble moyennes tandis que l'aspect FRET permet de mesurer la dynamique de l'ADN de boucle à plusieurs reprises de la même molécule, même dans des conditions qui peuvent nuire à l'activité de ligase.
La configuration de TIRFM est illustré à la figure 1. Une coutumeStade-éprouvette conçu est placé sur un corps de microscope Olympus IX61. 532 nm et 640 nm lasers sont introduits à partir du côté et sont réfléchies par les miroirs elliptiques minuscules 14 dans l'objectif d'atteindre une grande NA angle d'incidence critique à l'interface lamelle couvre-objet dans l'eau. Nous notons que plus répandue TIR par-objectif en utilisant des miroirs dichroïques ou configurations de TIR sur la base de prisme peut également être utilisé pour cette application de FRET. L'image de fluorescence formée par le microscope est divisée en images de donneur et d'accepteur par un miroir dichroïque. Ils sont ensuite convertis à la sur les deux moitiés d'un EMCCD. Filtres d'émission passe-longue supplémentaires sont utilisés pour réduire le signal de fond.
Contrôle de la température est essentielle pour acquérir des données cinétiques reproductibles. Pour le contrôle de la température, l'objectif est séparée de la pièce de nez du corps de microscope pour minimiser le transfert de chaleur, et de l'eau à partir d'une température contrôlée refroidisseur / réchauffeur est mis en circulation par l'intermédiaire d'un collier en laiton qui s'adapte étroitement deautour du métal intérieur sous la veste objectif. Cette configuration est en mesure de réaliser robuste contrôle de la température à la surface de la lamelle couvre entre 15 et 50 ° C (Figure 2). Dans ce travail, la température de l'échantillon a été maintenue à 24 ° C.
Le protocole ci-dessous présente la procédure étape par étape pour la construction d'ADN, de l'estimation de la forme de l'ADN, molécule expérience unique, et la détermination du facteur J.