DNA-tegeling is een effectieve benadering om programmeerbare nanostructuren te maken. We beschrijven de protocollen om complexe tweedimensionale vormen te construeren door de zelfassemblage van enkelstrengse DNA-tegels.
Method Article
DNA-tegeling is een effectieve benadering om programmeerbare nanostructuren te maken. We beschrijven de protocollen om complexe tweedimensionale vormen te construeren door de zelfassemblage van enkelstrengse DNA-tegels.
Huidige methoden in DNA-nanoarchitectuur hebben met succes een verscheidenheid aan 2D- en 3D-structuren geproduceerd met behulp van principes van zelfassemblage. In dit artikel beschrijven we gedetailleerde protocollen over hoe geavanceerde 2D-vormen kunnen worden gemaakt door de zelfassemblage van uniek aanspreekbare enkelstrengs DNA-tegels die fungeren als moleculaire pixels op een moleculair canvas. Elke enkelstrengs tegel (SST) is een DNA-streng van 42 nucleotiden, samengesteld uit vier geconcateneerde modulaire domeinen die zich binden aan vier buren tijdens zelfassemblage. Het moleculaire canvas is een rechthoekige structuur die zelf is samengesteld uit SST's. Een voorgeschreven complexe 2D-vorm wordt gevormd door de samenstellende moleculaire pixels (SST's) te selecteren van een moleculair canvas van 310 pixels en vervolgens de bijbehorende strengen te onderwerpen aan een-pot annealing. Vanwege de modulaire aard van de SST-aanpak demonstreren we de schaalbaarheid, veelzijdigheid en robuustheid van deze methode. In vergelijking met alternatieve methoden, maakt de SST-methode een bredere selectie van informatiepolymeren en sequenties mogelijk door het gebruik van de novo ontworpen en gesynthetiseerde korte DNA-strengen.
Vorige nucleïnezuur zelf-assemblage 1-25 heeft geresulteerd in de bouw van een verscheidenheid aan complexe structuren, met inbegrip van DNA 2 - 5,8,10 - 13,17,23 of RNA 7,22 periodieke 3,4,7, 22 en algoritmische 5 tweedimensionale roosters, linten 10,12 en buizen 4,12,13, 3D kristallen 17, veelvlakken 11 en eindige, 2D-vormen 7,8. Een bijzonder effectieve methode is de steigers DNA-origami, waarbij een enkele steiger streng wordt gevouwen door vele korte extra nietje strengen om een complexe vorm 9,14 vormen - 16,18 - 21,25.
We hebben onlangs melding van een methode voor het construeren van discrete nanostructuren met voorgeschreven 2D-vormen met behulp van enkelstrengs tegels (SST), en toonde structuren met complexiteit vergelijkbaar met DNA-origami 26. Dit article is een aanpassing van onze eerdere werk 26 en beschrijft gedetailleerd protocollen voor het regelen van individueel adresseerbare SST in geavanceerde eindige 2D vormen met precies voorgeschreven afmetingen (breedte en lengte) en morfologie. Een belangrijk voordeel van de SST-methode is de modulariteit. Elk onderdeel SST van een structuur dient als een modulaire constructie-eenheid in de gemeente, en de verschillende subgroepen van deze SST produceren verschillende vormen. Zo hebben we een algemeen platform om nanostructuren met voorgeschreven maten en vormen van korte, synthetische DNA-strengen te bouwen.
SST bevatten vier domeinen, elk 10 of 11 nucleotiden lang (Figuur 1A). De SST binden zodanig dat hun parallelle spiralen creëren van een DNA-rooster bij elkaar gehouden door crossover verbanden. Elk crossover fosfaat tussen domeinen 2 en 3. De fosfaat kunstmatig gestrekt in de diagrammen voor visuele helderheid. De viaducten zijn verdeeld twee spiraalvormige bochten (21 basen) uit elkaar ( Figuur 1B). De samengestelde rechthoeken worden door de afmetingen van het aantal helices en schroeflijnvormige windingen bedoeld. Bijvoorbeeld, een rechthoek die zes helices breed en acht spiraalvormige blijkt lang wordt genoemd een 6H x 8T rechthoek. SST kan worden weggelaten, toegevoegd of anderszins herschikt om structuren van willekeurige vormen en maten (figuur 1C) te creëren. Zo kan een rechthoekig ontwerp in een buis worden gerold met een gewenste lengte en radius (figuur 1D).
Alternatief kan de rechthoekige SST rooster worden beschouwd als een moleculaire canvas uit SST pixels, elk 3 nm van 7 nm. In dit onderzoek gebruiken we een moleculaire doek van 310 full-length interne SST, 24 full-length SSTs waaruit de linker en rechter grenzen en 28 halflange SSTs die de bovenste en onderste grenzen. Het doek heeft 24 dubbele helices verbonden door viaducten en elke helix bevat 28 spiraalvormige bochten (294 basen) en wordt daarom aangeduid alseen 24U × 28T rechthoekige canvas. De 24H x 28T canvas een molecuulgewicht vergelijkbaar met die van een DNA origami structuur samengesteld uit een M13-faag scaffold.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. DNA Sequence ontwerp
2. Voorbereiding van de Molecular Canvas
3. Atomic Force Microscopy Imaging
4. Monstervoorbereiding voor Streptavidine Labeling
5. Atomic Force Microscopy Voor Streptavidine Labeling
7. Transmission Electron Microscope Imaging
8. De bouw van willekeurige vormen die molecular Canvas
10. rechthoeken en Tubes Across verschillende schalen
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
De zelf-assemblage van SST (figuur 1) een 24H x 28T rechthoek verkregen, zie figuur 2. DNA-sequenties voor de verschillende SST kan worden aangepast / geoptimaliseerd streptavidine labeling mogelijk (figuur 3 en 4), de transformatie van een rechthoek in een buis (figuur 5), de programmeerbare zelfassemblage van SSTs buizen en rechthoeken van verschillende afmetingen (figuur 10) te vormen en de constructie van 2D willeke...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
In de structuurvorming stap is het belangrijk om de juiste concentratie van magnesium kationen houden (bijv., 15 mM) in de DNA-streng mengsel zelfassemblage DNA nanostructuren. Ook in het agarose gel karakterisatie / zuiveringsstap is het belangrijk een geschikte magnesium kation concentratie te houden (bijv., 10 mM) in de gel en de gel loopbuffer om het DNA nanostructuren tijdens elektroforese behouden. Voor 24H x 28T rechthoek structuur, testten we gloeien in verschillende concentraties Mg ++
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
De auteurs verklaren concurrerende financiële belangen.
Dit werk werd gefinancierd door het Office of Naval Research Young Investigator Program Award N000141110914, Office of Naval Research Grant N000141010827, NSF LOOPBAAN Award CCF1054898, NIH directeur Nieuwe Innovator Award 1DP2OD007292 en een Wyss Instituut voor biologisch geïnspireerde Faculteit Startup Fund (tot PY) en Tsinghua-Peking Centrum voor Life Sciences Startup Fonds (BW).
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| DNA Strands | Geïntegreerde DNA-technologie | Sectie 3.1 | |
| SYBR Safe DNA gel stain | Invitrogen | S33102 | Sectie 3.4.2 |
| Freeze'N Squeeze DNA Gel Extraction Spin Columns | BIO-RAD | 731-6166 | Sectie 3.6 |
| Bruker's Sharp Nitride Lever Probes | Bruker AFM Probes | SNL10 | Sectie 4.3 |
| Safe Imager 2.0 Blue Light Transilluminator | Invitrogen | G6600 | Sectie 3.6 |
| Centrifuge 5430R | Eppendorf | 5428 000.414 | Sectie 3.6 |
| Transmission Electron Microscope | Jeol | Jem 1400 | Sectie 7.4 |
| Multimode 8 | Veeco | Sectie 4 | |
| Typhoon FLA 9000 Laser Scanner | GE Heathcare Life Sciences | 28-9558-08 | Sectie 3.5 |
| Ultrapure Gedistilleerd water | Invitrogen | 10977-023 | Sectie 3.7.1 |
| Mica schijf | SPI Supplies | 12001-26-2 | Sectie 4.1 |
| Stalen montageschijf | Ted Pella, Inc. | 16218 | Sectie 4.1 |
| koolstof gecoat koper raster voor TEM | Electron Microscopy Sciences | FCF400-Cu | Sectie 7.2 |
| pincet | Dumont | 0203-N5AC-PO | Sectie 7.31 |
| glow discharge systeem | Quorum Technologies | K100X | Sectie 7.2 |
| DNA Engine Tetrad 2 Peltier Thermal Cycler | BIO-RAD | PTC–0240G | Sectie 3.3 |
| Owl Easycast B2 Mini Gel Electrophoresis Systems | ThermoScientific | B2 | Sectie 3.4.3 |
| Seekam LE Agarose 500G | Lonza | 50004 | Sectie 3.4.1 |
| GeneRuler 1kb Plus DNA Ladder, Ready-To-Use 75-20000bp | ThermoScientific | SM1333 | Sectie 3.4.4 |
| Nanodrop 2000c UV-vis Spectrophotometer | ThermoScientific | Sectie 3.7 | |
| 0.2 um filter | Corning Inc. | 431219 | Sectie 7.1.2 |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission