DNAタイリングは、プログラム可能なナノ構造を作成するための効果的なアプローチです。本稿では、一本鎖DNAタイルの自己組織化により複雑な二次元形状を構築するプロトコールについて述べる。
Method Article
DNAタイリングは、プログラム可能なナノ構造を作成するための効果的なアプローチです。本稿では、一本鎖DNAタイルの自己組織化により複雑な二次元形状を構築するプロトコールについて述べる。
現在のDNAナノアーキテクチャの方法は、自己組織化の原理を用いて様々な2Dおよび3D構造を成功裏に操作しています。この記事では、分子キャンバス上の分子ピクセルとして機能する一意にアドレス指定可能な一本鎖DNAタイルの自己組織化を通じて、洗練された2D形状を作製する方法に関する詳細なプロトコルについて説明します。各一本鎖タイル(SST)は、自己組織化中に4つの隣接ドメインに結合する4つの連結モジュールドメインで構成される42ヌクレオチドDNA鎖です。分子キャンバスは、SSTから自己組織化された長方形の構造です。310ピクセルの分子キャンバスから構成する分子ピクセル(SST)を選択し、対応するストランドをワンポットアニーリングにかけることで、所定の複雑な2D形状を形成します。SSTアプローチのモジュール性により、この方法のスケーラビリティ、汎用性、堅牢性を実証しています。他の方法と比較して、SST法は、de novoで設計および合成された短いDNA鎖を使用することで、情報ポリマーと配列の幅広い選択を可能にします。
5,8,10 - - 13,17,23またはRNA 7,22定期的な3,4,7、前の核酸の自己組立作業1-25は、DNA 2を含む複雑な構造の様々な成功構築につながっています22とアルゴリズム5二次元格子、リボン10,12およびチューブ4,12,13、3次元結晶17、多面体11と有限、2Dは7,8を整形します。 21,25 - 16,18 -特に効果的な方法は、単一の足場鎖が複雑な形状9,14を形成するために、多くの短い補助ステープルストランドによって折り畳まれることにより足場のDNA折り紙、です。
我々は最近、一本鎖のタイル(SST)を使用して、所定の2次元形状を有する個別のナノ構造を構築するための方法を報告し、DNA折り紙26に匹敵する複雑さを有する構造を示しました。このarticleは私達の初期の作品26の適応であり、正確に所定の寸 法(幅と長さ)および形態と洗練された有限の2次元形状に個別にアドレス指定するSSTを配置するための詳細なプロトコルを記述します。 SST方式の一つの重要な利点は、そのモジュール性です。構造体のすべてのコンポーネントのSSTアセンブリでモジュール構造単位として機能し、これらの海面水温の異なるサブセットは、異なる形状を作り出します。したがって、我々は短い、合成DNA鎖から所定の大きさや形状でナノ構造を構築するための一般的なプラットフォームを確立しました。
海面水温は、それぞれ10または11ヌクレオチド長の4つのドメイン( 図1A)を含みます。海面水温は、その平行ヘリックスは、クロスオーバー結合によって一緒に保持されたDNA格子を作成するように結合します。各クロスオーバーは、リン酸が見やすくするための図で人為的に延伸されるドメイン2と3の間にリン酸塩です。クロスオーバーは、(離れて2ヘリカルターン(21塩基)を離間されています<強い>図1B)。複合長方形はヘリックスとヘリカル巻き数にそれらの寸法によって参照されます。たとえば、6ヘリックス幅で、8ヘリカルが長くなります長方形が8Tの長方形×6Hとして参照されます。海面水温は、取り残さ追加、またはその他の任意の形状と大きさ( 図1C)の構造を作成するために再配置することができます。例えば、長方形のデザインは、所望の長さと半径( 図1D)で管にロールバックすることができます。
あるいは、矩形SST格子はそれぞれ3 NMが7nmでによって、SSTの画素からなる分子キャンバスとみなすことができます。本研究では、310全長内部海面水温、左右の境界を構成する24の完全長海面水温、および上部と下部の境界を形成する28の半分の長さの海面水温の分子キャンバスを使用しています。キャンバスは、クロスオーバーによってリンクされた24の二重らせんを有し、各螺旋は28ヘリカルターン(294塩基)を含有し、したがってと呼ばれます28T矩形キャンバス×24H。 28Tキャンバス×24Hは、M13ファージの足場から作成されたDNA折り紙構造と同様の分子量を有します。
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1. DNA配列設計
分子キャンバスの調製
3.原子間力顕微鏡イメージング
ストレプトアビジン標識のため4.サンプル調製
ストレプトアビジン標識のための5原子間力顕微鏡
7.透過型電子顕微鏡イメージング
8. Moleculを使用して任意の形状の構築ARキャンバス
10.四角形とさまざまなスケールアクロスチューブ
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海面水温の自己集合(図1)は、図2に示すように、28T矩形×24Hをもたらす。別の海面水温のためのDNA配列は、ストレプトアビジン標識(図3及び4)の形質転換を可能にするように最適化/改変することができます様々なサイズのチューブや長方形を形成するためにチューブに長方形( 図5)、海面水温のプログラム可能な自己集合(図10)、および分子キャンバス(図8)を使用して、任意の2次元形状の構造。溶液は、任意の形状(図7)の露出した領域に沿って凝集するように2つのデザイン(ドメイン代替設計およびエッジプロテクタ設計)を試験しました。どちらのデザインは、同等のゲルの収量および構造的完全性を有しているが、それは少数の補助種(図6)を必要とするため、エッジプロテクターのデザインは、よりコスト効果的です。図9に示すように、ストランドピッキングとの混合は、...
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構造形成工程では、自己組織化DNAナノ構造のDNA鎖の混合物( 例えば 、15 mM)のマグネシウムカチオンの適切な濃度を維持することが重要です。同様に、アガロースゲル特性評価/精製工程では、ゲル電気泳動中にDNAナノ構造を保持するゲルランニング緩衝液中で、適切なマグネシウムカチオン濃度( 例えば 、10ミリモル)を維持することが重要です。 28T矩形構造×24Hのために、我々は異なるのMg ++濃度でアニーリングをテストし、構造は典型的には10の範囲内に形成されたことがわかった- (約20 mMのMg ++を持つ最高の形成収率)を30mMのMg ++。
足場折り紙の構造とは異なり、SST構造はモジュラーアーキテクチャを採用しています。異なる形状は、SSTタイルの適切なサブセットを選択することにより、同一のキャンバスから設計することができます。さらに、SST構造があちこち組み立てられます短い合成DNA鎖をMと折り紙のアプローチで使用される長い足場を必要としません。したがって、SST...
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著者らは、競合する経済的利益を宣言している。
この作品は、米海軍研究若手研究プログラム賞N000141110914、海軍研究助成N000141010827のオフィス、NSFキャリアアワードCCF1054898、NIHディレクターの新イノベーター賞1DP2OD007292のオフィスと(PY)は生物学的にインスパイア工学部スタートアップ基金ウィス研究所によって資金を供給させました清華 - 北京(BW)はライフサイエンススタートアップ基金センター。
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| DNAストランド | 統合DNA技術 | セクション3.1 | |
| SYBR Safe DNA gel stain | Invitrogen | S33102 | セクション 3.4.2 |
| Freeze'N Squeeze DNA ゲル抽出スピンカラム | BIO-RAD | 731-6166 | セクション 3.6 |
| Bruker's Sharp Nitride Lever Probes | Bruker AFM Probes | SNL10 | Section 4.3 |
| Safe Imager 2.0 Blue Light Transilluminator | Invitrogen | G6600 | セクション 3.6 |
| 遠心分離機 5430R | エッペンドルフ | 5428 000.414 | セクション 3.6 |
| 透過型電子顕微鏡 | Jeol | Jem 1400 | セクション 7.4 |
| マルチモード 8 | Veeco | セクション 4 | |
| 台風 FLA 9000 レーザー スキャナー | GE Heathcare Life Sciences | 28-9558-08 | セクション 3.5 |
| 超純蒸留水 | Invitrogen | 10977-023 | セクション 3.7.1 |
| マイカディスク | SPI サプライ | 12001-26-2 | セクション 4.1 |
| スチール取り付けディスク | テッド・ペラ社 | 16218 | セクション 4.1 |
| 電子顕微鏡科学 | 用カーボンコーティング銅グリッド | FCF400-Cu | セクション 7.2 |
| ピンセット | デュモン | 0203-N5AC-PO | セクション 7.31 |
| グロー放電システム | Quorum Technologies | K100X | セクション 7.2 |
| DNA エンジン Tetrad 2 ペルチェ サーマル サイクラー | BIO-RAD | PTC–0240G | セクション 3.3 |
| フクロウ Easycast B2 ミニゲル電気泳動システム | ThermoScientific | B2 | セクション 3.4.3 |
| Seekam LE アガロース 500G | ロンザ | 50004 | セクション 3.4.1 |
| GeneRuler 1kb Plus DNA ラダー、すぐに使える 75-20000bp | ThermoScientific | SM1333 | セクション 3.4.4 |
| Nanodrop 2000c UV-vis 分光光度計 | ThermoScientific | セクション 3.7 | |
| 0.2μmフィルター | コーニング社製 | 431219 | セクション 7.1.2 |
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