Auto-assemblage de formes bidimensionnelles complexes de l'ADN simple brin Tuiles

Summary

Le pavage d’ADN est une approche efficace pour fabriquer des nanostructures programmables. Nous décrivons les protocoles permettant de construire des formes bidimensionnelles complexes par l’auto-assemblage de tuiles d’ADN simple brin.

Abstract

Les méthodes actuelles en nano-architecture de l’ADN ont réussi à concevoir une variété de structures 2D et 3D en utilisant les principes de l’auto-assemblage. Dans cet article, nous décrivons des protocoles détaillés sur la façon de fabriquer des formes 2D sophistiquées grâce à l’auto-assemblage de tuiles d’ADN monocaténaire adressables de manière unique qui agissent comme des pixels moléculaires sur une toile moléculaire. Chaque tuile simple brin (SST) est un brin d’ADN à 42 nucléotides composé de quatre domaines modulaires concaténés qui se lient à quatre voisins lors de l’auto-assemblage. Le canevas moléculaire est une structure rectangulaire auto-assemblée à partir de SST. Une forme 2D complexe prescrite est formée en sélectionnant les pixels moléculaires constitutifs (SST) à partir d’un canevas moléculaire de 310 pixels, puis en soumettant les brins correspondants à un recuit en un seul pot. En raison de la nature modulaire de l’approche SST, nous démontrons l’évolutivité, la polyvalence et la robustesse de cette méthode. Par rapport à d’autres méthodes, la méthode SST permet une plus grande sélection de polymères et de séquences d’information grâce à l’utilisation de brins d’ADN courts conçus et synthétisés de novo.

Introduction

Acide nucléique précédent travail d'auto-assemblage ^1-25 a conduit à la construction réussie d'une variété de structures complexes, y compris l'ADN ^{2 - 5,8,10 - 13,17,23} ou d'ARN ^{7,22 3,4,7 périodique, 22} et algorithmique ⁵ bidimensionnelles treillis, rubans ^10,12 et tubes ^4,12,13, cristaux 3D ^{17, 11} et polyèdres finis, formes 2D ^7,8. Une méthode particulièrement efficace est échafaudée l'ADN origami, par lequel un seul brin d'échafaudage est plié par de nombreux courts brins de base auxiliaires pour former une forme complexe ^{9,14 - 16,18 - 21,25.}

Protocol

1. Séquence ADN Conception

1. Utilisez un logiciel UNIQUIMER ²⁷ de concevoir une structure SST-finis en spécifiant le nombre de doubles hélices, des longueurs de hélice haut et en bas pour chaque double hélice, et le motif de croisement pour créer une 24H × toile de 28T. Après avoir défini ces paramètres, l'architecture générale (composition de brin et l'agencement de la complémentarité) est illustrée graphiquement dans le programme.
2. Générer des séquences pour les brins de la structure spécifiée pour répondre à la disposition de la complémentarité et des exigences supplémentaires (le cas échéant). Concevoir des séquences d'ADN....

Results

L'auto-assemblage de SST (figure 1) donnera une 24H x 28T rectangle, comme illustré sur la Figure 2. Les séquences d'ADN pour les différents TDDS peuvent être modifiés / optimisé pour permettre l'étiquetage de la streptavidine (figure 3 et 4), la transformation d'un rectangle dans un tube (figure 5), l'auto-assemblage programmable de SST pour former des tubes et des rectangles de différentes tailles (figure 10), et la c.......

Discussion

Dans l'étape de formation de la structure, il est important de maintenir une concentration appropriée de cations de magnésium (par ex., 15 mM) dans le mélange de brin d'ADN de nanostructures d'ADN auto-assembler. De même, dans l'étape de caractérisation gel d'agarose / purification, il est important de maintenir une concentration de cations de magnésium approprié (par ex., 10 mM) dans le gel et le tampon du gel de fonctionnement pour retenir les nanostructures d'ADN durant l'.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Brins d’ADN°	Technologie		Section 3.1
SYBR Coloration sûre au gel d’ADN	Invitrogen	S33102	Section 3.4.2
Colonnes de spin d’extraction de gel d’ADN Freeze’N Squeeze BIO-RAD		731-6166	Section 3.6
Sondes à levier de nitrure tranchant de Bruker Sondes	AFM Bruker SNL10		Section 4.3
Safe Imager 2.0 Transilluminateur de lumière bleue	Invitrogen	G6600	Section 3.6
Centrifugeuse 5430R	Eppendorf	5428 000.414	Section 3.6
Microscope électronique à transmission  ;	Jeol	Jem 1400	Section 7.4
Multimode 8	Veeco		Section 4
Typhoon FLA 9000 Scanner laser	GE Heathcare Life Sciences	28-9558-08	Section 3.5
Eau distillée ultrapure	Invitrogen	10977-023	Section 3.7.1
Disque de mica	SPI Supplies	12001-26-2	Section 4.1
Disque de montage en acier	Ted Pella, Inc.	16218	Section 4.1
grille en cuivre revêtue de carbone pour	TEM Microscopie électronique Sciences	FCF400-Cu	Section 7.2
pince à épiler	Dumont	0203-N5AC-PO	Section 7.31
système de décharge lumineuse	Quorum Technologies	K100X	Section 7.2
Moteur d’ADN Tetrad 2 Thermocycleur Peltier	BIO-RAD	PTC&ndash ; 0240G	Section 3.3
Owl Easycast B2 Mini Gel Electrophoresis	Systems ThermoScientific	B2	Section 3.4.3
Seekam LE Agarose 500G	Lonza	50004	Section 3.4.1
GeneRuler 1kb Plus Échelle d’ADN, prête à l’emploi 75-20000bp	ThermoScientific	SM1333	Section 3.4.4
Nanodrop 2000c Spectrophotomètre UV-vis	ThermoScientific		Paragraphe 3.7
0,2 um filtre	Corning Inc.	431219	Section 7.1.2