Il tassellamento del DNA è un approccio efficace per realizzare nanostrutture programmabili. Descriviamo i protocolli per costruire forme bidimensionali complesse mediante l'autoassemblaggio di tessere di DNA a filamento singolo.
Method Article
Il tassellamento del DNA è un approccio efficace per realizzare nanostrutture programmabili. Descriviamo i protocolli per costruire forme bidimensionali complesse mediante l'autoassemblaggio di tessere di DNA a filamento singolo.
Gli attuali metodi di nano-architettura del DNA hanno ingegnerizzato con successo una varietà di strutture 2D e 3D utilizzando principi di auto-assemblaggio. In questo articolo, descriviamo protocolli dettagliati su come fabbricare sofisticate forme 2D attraverso l'autoassemblaggio di tessere di DNA a singolo filamento indirizzabili in modo univoco che agiscono come pixel molecolari su una tela molecolare. Ogni piastrella a filamento singolo (SST) è un filamento di DNA a 42 nucleotidi composto da quattro domini modulari concatenati che si legano a quattro vicini durante l'autoassemblaggio. La tela molecolare è una struttura rettangolare autoassemblata da SST. Una forma 2D complessa prescritta viene formata selezionando i pixel molecolari costituenti (SST) da una tela molecolare di 310 pixel e quindi sottoponendo i filamenti corrispondenti alla ricottura one-pot. Grazie alla natura modulare dell'approccio SST, dimostriamo la scalabilità, la versatilità e la robustezza di questo metodo. Rispetto ai metodi alternativi, il metodo SST consente una selezione più ampia di polimeri e sequenze di informazioni attraverso l'uso di filamenti di DNA corti progettati e sintetizzati de novo.
Acido nucleico precedente lavoro autoassemblaggio 1-25 ha portato alla costruzione di successo di una varietà di strutture complesse, compreso il DNA 2 - 5,8,10 - 13,17,23 o RNA 7,22 3,4,7 periodica, 22 e algoritmico 5 bidimensionali reticoli, nastri 10,12 e tubi 4,12,13, cristalli 3D 17, poliedri 11 e finite, 2D forme 7,8. Un metodo particolarmente efficace è ponteggi origami di DNA, per cui un singolo filo impalcatura viene piegato da molti corti filamenti ausiliari fiocco per formare una forma complessa 9,14 - 16,18 - 21,25.
Recentemente abbiamo segnalato un metodo per costruire nanostrutture discreti con forme 2D prescritte con piastrelle a singolo filamento (SST), e dimostrato strutture con complessità paragonabile a origami di DNA 26. Questo article è un adattamento del nostro lavoro precedente 26 e descrive in dettaglio i protocolli per l'organizzazione di SST indirizzabili individualmente in sofisticate forme 2D finiti con dimensioni prescritte con precisione (larghezze e lunghezze) e morfologie. Uno dei principali vantaggi del metodo SST è la sua modularità. Ogni SST componente di una struttura serve come unità di costruzione modulare nell'assemblaggio, e diversi sottoinsiemi di questi SST produrre forme distinte. Così, abbiamo stabilito una piattaforma generale per costruire nanostrutture con dimensioni e forme prescritte dalla corte, filamenti di DNA sintetico.
SST contengono quattro domini, ciascuno lungo 10 o 11 nucleotidi (Figura 1A). Le SST legano in modo tale che le loro eliche parallele creano un reticolo di DNA tenuti insieme da legami incrociati. Ogni crossover è fosfato tra i domini 2 e 3. Il fosfato è allungato artificialmente nei diagrammi per chiarezza visiva. I crossover sono distanziati due spire elicoidali (21 basi) a parte ( Figura 1B). I rettangoli compositi sono indicati con le dimensioni del numero di eliche e spire elicoidali. Ad esempio, un rettangolo che è di sei eliche e otto elicoidale gira lungo viene fatto riferimento come 6H × 8T rettangolo. SST può essere lasciato fuori, ha aggiunto, o comunque riorganizzate per creare strutture di forme arbitrarie e dimensioni (Figura 1C). Per esempio, un disegno rettangolare può essere arrotolato in un tubo con una lunghezza e raggio desiderato (Figura 1D).
In alternativa, il SST reticolo rettangolare può essere visto come una tela molecolare costituito da SST pixel, ogni 3 nm da 7 nm. In questo studio, usiamo una tela molecolare di 310 full-length SST interne, 24 SST full-length che costituiscono i confini sinistro e destro, e 28 SST a mezzo busto che costituiscono le delimitazioni superiore e inferiore. La tela ha 24 doppie eliche legate da crossover e ogni elica contiene 28 spire elicoidali (294 basi) ed è quindi indicato comeuna 24H × 28T rettangolare tela. Il 24H × 28T tela ha un peso molecolare simile a quella di una struttura origami di DNA ricavato da un fago M13 ponteggio.
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1. DNA Sequenza di design
2. Preparazione dei Canvas molecolare
3. microscopia a forza atomica Imaging
4. Preparazione del campione per Streptavidin Etichettatura
5. microscopia a forza atomica per l'etichettatura Streptavidin
7. Transmission Electron Microscope Imaging
8. Costruire forme arbitrarie utilizzando la Molecular Canvas
10. Rettangoli e tubi Across diverse scale
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L'auto-assemblaggio di SST (Figura 1) produrrà un 24H × 28T rettangolo, come illustrato in figura 2. Sequenze di DNA per i diversi SST possono essere modificati / ottimizzata per abilitare l'etichettatura streptavidina (Figura 3 e 4), la trasformazione di un rettangolo in un tubo (figura 5), programmabile autoassemblaggio di SST per formare tubi e rettangoli di diverse dimensioni (Figura 10), e la costruzione di forme a...
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Nella fase formazione della struttura, è importante mantenere un'adeguata concentrazione di cationi magnesio (ad es., 15 mm) nella miscela filamento di DNA di nanostrutture di DNA di auto-assemblaggio. Analogamente, nella fase di caratterizzazione gel di agarosio / purificazione, è importante mantenere un adeguato concentrazione di cationi di magnesio (ad es., 10 mM) nel gel e il buffer gel running mantenere le nanostrutture di DNA durante l'elettroforesi. Per la 24H × struttura 28T rettangolo,...
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Gli autori dichiarano interessi finanziari concorrenti.
Questo lavoro è stato finanziato dal Office of Naval Research giovane Programma Investigator Award N000141110914, Office of Naval Research Grant N000141010827, NSF CARRIERA Premio CCF1054898, di direttore NIH Nuova Innovator Award 1DP2OD007292 e un Istituto Wyss per biologicamente Ispirato Facoltà di Ingegneria Fondo di avvio (a PY) e Tsinghua-Pechino Center for Life Sciences Fund avvio (BW).
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Filamenti di DNA | del DNA integrata | Sezione 3.1 | |
| Colorazione in gel di DNA sicura SYBR | Invitrogen | S33102 | Sezione 3.4.2 |
| Freeze'N Squeeze Colonne di centrifuga per l'estrazione del gel di DNA | BIO-RAD | 731-6166 | Sezione 3.6 |
| Sonde a leva per nitruro affilato di Bruker | Sonde AFM Bruker | SNL10 | Sezione 4.3 |
| Safe Imager 2.0 Transilluminatore a luce blu | Invitrogen | G6600 | Sezione 3.6 |
| Centrifuga 5430R | Eppendorf | 5428 000.414 | Sezione 3.6 |
| Microscopio elettronico a trasmissione | Jeol | Jem 1400 | Sezione 7.4 |
| Multimodale 8 | Veeco | Sezione 4 | |
| Tifone FLA 9000 Laser Scanner | GE Heathcare Life Sciences | 28-9558-08 | Sezione 3.5 |
| Acqua distillata ultrapura | Invitrogen | 10977-023 | Sezione 3.7.1 |
| Disco di mica | SPI Supplies | 12001-26-2 | Sezione 4.1 |
| Disco di montaggio in acciaio | Ted Pella, Inc. | 16218 | Sezione 4.1 |
| griglia in rame rivestito di carbonio per TEM | Electron Microscopy Sciences | FCF400-Cu | Sezione 7.2 |
| pinzette | Dumont | 0203-N5AC-PO | Sezione 7.31 |
| sistema di scarica a bagliore | Quorum Technologies | K100X | Sezione 7.2 |
| Motore DNA Tetrad 2 Peltier Thermal Cycler | BIO-RAD | PTC... 0240G | Sezione 3.3 |
| Owl Easycast B2 Mini Sistemi di elettroforesi su gel | ThermoScientific | B2 | Sezione 3.4.3 |
| Seekam LE Agarose 500G | Lonza | 50004 | Sezione 3.4.1 |
| GeneRuler 1kb Plus DNA Ladder, pronto all'uso 75-20000bp | ThermoScientific | SM1333 | Sezione 3.4.4 |
| Spettrofotometro UV-vis Nanodrop 2000c | ThermoScientific | Sezione 3.7 | |
| Filtro da 0,2 um | Corning Inc. | 431219 | Sezione 7.1.2 |
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