Methodenartikel

DNA Nanotubes als een veelzijdig instrument om te studeren van Semiflexible polymeren

6.7K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/56056

⸱

25 oktober 2017

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Fraunhofer Institute for Cell Therapy and Immunology, 2Institute of Experimental Physics I, Universität Leipzig

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

Semiflexible polymeren weer unieke mechanische eigenschappen die uitgebreid door levende systemen worden toegepast. Systematische studies over biopolymeren zijn echter beperkt omdat eigenschappen zoals polymeer rigiditeit niet toegankelijk zijn. Dit manuscript wordt beschreven hoe is deze beperking omzeild door programmeerbare DNA nanobuisjes, waardoor experimentele studies over de gevolgen van de stijfheid van de gloeidraad.

Samenvatting

Mechanische eigenschappen van complexe, polymeer gebaseerde zachte materie, zoals cellen of biopolymeer netwerken, kunnen worden begrepen in noch het Klassiek frame van flexibele polymeren noch van stijve staven. Onderliggende filamenten blijven uitgestrekte als gevolg van hun niet-verdwijnen ruggengraat stijfheid, die wordt gekwantificeerd via de persistentie lengte (l-p), maar ze zijn ook onderhevig aan sterke thermische schommelingen. Hun eindige Buigstijfheid leidt tot unieke, niet-triviale collectieve mechanica van bulk netwerken, waardoor de vorming van stabiele steigers op lage volumegehalten terwijl het verstrekken van grote maaswijdte. Dit onderliggende principe heerst in de natuur (bijvoorbeeld in cellen of weefsels), minimaliseren van de hoge moleculaire inhoud en teneinde diffusive of actief transport. Als gevolg van hun biologische gevolgen en mogelijke technologische toepassingen in biocompatibel hydrogels zijn semiflexible polymeren onderworpen aan aanzienlijke studie. Begrijpelijke onderzoek bleef echter uitdagende, omdat ze vertrouwden op natuurlijke polymeren, zoals de actine-filamenten, die niet vrij afstembare. Ondanks deze beperkingen en wegens het gebrek aan synthetische, mechanisch afstembare en semiflexible polymeren, werden door samensmelting van filamenten actine opgericht als het gemeenschappelijke modelsysteem. Een belangrijke beperking is dat de centrale hoeveelheid lp vrij kan niet worden afgestemd om te bestuderen van de impact ervan op macroscopische bulk structuren. Deze beperking werd opgelost door gebruik te maken van structureel programmeerbare DNA nanobuisjes, inschakelen van gecontroleerde wijziging van de stijfheid van de gloeidraad. Ze worden gevormd door tegel-gebaseerde ontwerpen, waar een discrete verzameling gedeeltelijk complementaire strengen te vermengen in de structuur van een ring met een discrete omtrek. Deze ringen beschikken over sticky ends, waardoor de effectieve polymerisatie in filamenten verschillende micron in lengte, en soortgelijke polymerisatie kinetiek berichtsymbool natuurlijke biopolymeren. Als gevolg van hun programmeerbare mechanica zijn deze buizen veelzijdig, nieuwe hulpmiddelen te bestuderen van de impact van lp op het single-molecuul, alsook de omvang van de bulk. In tegenstelling tot de actine-filamenten, ze blijven stabiel in weken, zonder opvallende degeneratie, en hun behandeling is relatief eenvoudig.

Inleiding

Als gevolg van de complexe gedrag ingeschakeld door hun unieke mechanische eigenschappen, zijn semiflexible polymeren fundamentele bouwstenen van de levende materie. In tegenstelling tot flexibele polymeren vast semiflexible polymeren een uitgestrekte configuratie als gevolg van hun niet-verdwijnen ruggengraat stijfheid terwijl nog onderworpen aan sterke schommelingen van de thermische1. Dus worden niet puur stochastische modellen om hun gedrag, net als bij de uitersten van volledig flexibele of stijve polymeren toegepast. De zogenaamde worm-achtige keten model2,3,4 werd ontwikkeld om te kwantificeren deze stijfheid via de lp, dat is de constante verval van de correlatie van de tangens-tangens langs de gloeidraad4. Als lp vergelijkbaar met de contour lengte (lc) van de gloeidraad is, wordt het polymeer beschouwd als semiflexible1. Analoog aan de Polen van een tent, hun regelingen in netwerken of bundels stabiliseert het gehele collectieve systeem op laag volume breuken, wat leidt tot ongewone visco eigenschappen5,6,7, 8,9. Deze structuren bieden hoge elasticiteit van de grote mesh maten10, behoud van mechanische integriteit terwijl nog diffusive vergemakkelijken en actief transportprocessen. Deze eigenschap is vooral geschikt voor biologische systemen zoals het cytoskelet of de extracellulaire matrix, maar het wordt ook op grote schaal gebruikt in voedsel engineering1,11,12.

Die verder gaan dan hun betekenis aan levende materie, is het cruciaal voor de fysische eigenschappen van deze structuren uitvoerig te onderzoeken om de tools te ontwikkelen biomimetische materialen of Roman hydrogels. Dit betekent in termen van semiflexible polymeren, de systematische bepaling van de collectieve eigenschappen van netwerken als gevolg van single-filament eigenschappen zoals lp en de ontwikkeling van een beschrijvende theoretisch kader. Aantal baanbrekende studies, de cellulaire biopolymeer actine werd opgericht als een modelsysteem voor semiflexible polymeren en wordt nog steeds beschouwd als de gouden standaard5,13,14,15 , 16 , 17. uitvoerige studies zijn echter beperkt met dit systeem omdat ze zijn gebonden aan de inherente eigenschappen van dit eiwit. Verschillende theoretische benaderingen hebben gericht op het opbouwen van een beschrijving van de niet-triviale mechanische problemen op het niveau van de single-filament en hebben geleid tot met name verschillende schalen voorspellingen voor de afhankelijkheid van de lineaire elastische plateau afschuifmodulus, G 0 (dat wil zeggen, de "elasticiteit" van het netwerk), met betrekking tot concentratie (c) en lp6,7,13,14, 15,18,19,20,21,22,23. Terwijl de concentratie schaal gemakkelijk toegankelijk in experimenten met actine gebaseerde of andere modelsystemen is en terwijl theoretische voorspellingen strikt zijn gecontroleerd13,16,24, 25, de schaal met betrekking tot lp experimenteel ontoegankelijk gebleven. Dit is echter een grote beperking omdat lp is ook een onafhankelijke variabele thats de definiërende hoeveelheid semiflexible polymeren.

Deze centrale, natuurlijke beperking opgelegd door de vaste lp van actine of andere biologisch-afgeleid polymeren zoals collageen is onlangs opgelost door gebruik te maken van dakpan DNA buizen, die afstembare in hun mechanische eigenschappen 9 , 26 , 27 , 28. lichte variaties in de platforms van de buizen (bijvoorbeeld verschillende aantallen samenstellende DNA strengen binnen de ring van de eenheid) opbrengst verschillende waarden voor lp, die kan worden geëvalueerd via fluorescentie microscopie, door het analyseren van een schommelende buis of door de beoordeling van de gebogen configuraties van verschillende zelfklevend buizen, als eerder beschreven9,28. Deze analyses bleek dat de lp -waarden van de verschillende buis-bevolking over meer dan één orde van grootte variëren en dat verschillende evaluatietechnieken consistente resultaten9,28opleveren.

Verrassend, is de totale schaal van de lineaire elastische plateau schuintrekken modulus G0 ten opzichte van de concentratie en de lp gemeld als onverenigbaar is met alle eerdere theoretische benaderingen 9, in het bijzonder aan te tonen een veel sterker dan voorspelde afhankelijkheid van lp. Deze bevindingen onderstrepen de waarde van een nieuw modelsysteem voor het bestuderen van de centrale eigenschappen van semiflexible polymeren. Met n-helix DNA buizen dramatisch verbreedt het toepassingsgebied van deze onderzoeken. Niet alleen kan lp vrij worden gevarieerd zonder dat het basismateriaal, maar de inherente programmeerbare aard van DNA een systematisch onderzoek van aanvullende elementen, zoals crosslinks of kinetische switch processen kunt inschakelen. Bovendien, deze buizen zijn oplosbaar in water en, in tegenstelling tot de meeste proteïnen, stabiel in voldoende pH en Ionische voorwaarden voor enkele weken, zonder aantasting van de detecteerbare9.

Te monteren deze buizen, een discrete verzameling van DNA oligonucleotides wordt gebruikt, die elk twee domeinen die delen van de complementaire base sequenties aan twee naburige strengen bevat (als gevolg van de specifieke opeenvolgingen, een enkele streng kan zich geen vormen structuren zoals haar pinnen). De complementaire sequenties te vermengen in een cyclische manier, vorming van gesloten, half-overlappende ringen van n onderling verbonden dubbel-spiraalvormige segmenten (figuur 1A en B). Deze ringen vormen op een discrete diameter (Figuur 1 c), en hun half-overlappende configuratie blootstelt axiale sticky ends complementair aan de kleverige uiteinden van een andere ring. Deze selectieve toevoeging van matching oligonucleotides triggert een stapeling van de ringen, wat leidt tot de effectieve polymerisatie van draadvormige DNA helix buizen van grootte n (nHT). Hun contour lengtes meten meestal verschillende micron in lengte, en de distributie van hun lengte is vergelijkbaar met dat van actine filamenten9,26,27,28. Voor soortgelijke DNA nanotubes is aangetoond dat zij inderdaad polymerisatie kinetiek vergelijkbaar met die van de actine-filamenten en microtubuli vertonenp klasse = "xref" > 29. Afhankelijk van het getal n van individuele DNA-strengen die deel uitmaken van de basis ring-structuur, kunnen de nHT-architectuur, evenals de omtrek en de diameter, controllably worden gevarieerd. Het gebruik van meer DNA-strengen verhoogt de omtrek van de ringen/buizen en de bijbehorende architecturale verandering verschuift de mechanische eigenschappen aan hogere lp -waarden (Figuur 1 c), die overeenkomt met een hogere stijfheid. Op de mesoscopische schaal, deze grotere lp -waarden worden omgezet in minder gebogen conformaties als gevolg van de hogere stijfheid (Figuur 1 d en E).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. bereiding van n HTs

Opmerking: hier, n geeft het aantal verschillende één DNA-strengen die betrokken zijn bij de vorming van de helix buizen van een bepaalde grootte. Voor n = 8, acht verschillende één DNA-strengen make-up een eenheid ring.

  1. Aankoop DNA sequenties (zuiverheid HPLC-kwaliteit of hoger) van een geschikte DNA-herstelsynthese service of het uitvoeren van kwalitatief hoogwaardige synthese en zuivering (voorbeeldige sequenties gegeven in tabel 1).
  2. Resuspendeer gelyofiliseerd oligonucleotides in gezuiverd water en volg de verdere resuspensie stappen in de bijbehorende gebruiksaanwijzing gegeven van het bedrijf. Aanpassen van de hoeveelheid water om een eindconcentratie van 200 µM.
  3. Bepalen concentraties van één DNA strengen om te controleren of de waarden die door de distributeur (bijvoorbeeld via UV-Vis-spectroscopie op 260 nm) omdat de exacte stoichiometrie is van cruciaal belang voor de assemblage proces. Bereken de concentratie van de oligonucleotides, rekening houdend met de specifieke molaire gewicht en de coëfficiënt uitsterven voor elke single-stranded DNA oligonucleotide.
    Opmerking: De waarden van de coëfficiënt uitsterven inherent variëren voor de verschillende reeksen en worden vermeld in de documentatie van commercieel aangeschafte DNA. Zij kunnen eveneens worden berekend volgens het model van de dichtstbijzijnde-buurman met behulp van een aantal vrij beschikbare online tools. Om te voldoen aan het lineaire bereik van de spectrometer, overwegen verdunning van het monster gebruikt voor bepaling van de concentratie.
  4. Met behulp van een micropipet, het mengen van de DNA strengen-geheugen voor elke tegelijkertijd concentratie-in een container die geschikt is voor de thermocycler (bijvoorbeeld een buis van 200 µL PCR) om de gewenste n HTs (laatste buffer voorwaarden: 1xTE (10 mM Tris en 1 mM EDTA, pH 8) en 12.5 mM MgCl 2).
    Opmerking: Laatste DNA n HT monsters bestaan uit n - 1 strengen, U 1 − U n − 1, en één T n strand. De concentratie per streng kan variëren van sub-micromolar tot meer dan 10 µM, afhankelijk van de behoeften van de gebruiker (bijvoorbeeld, < 1 µm per onderdeel voor de daaropvolgende verdunning te observeren enkele filamenten of hogere concentraties voor de behandeling van dichte netwerk mechanica).
  5. Kruisen de n HTs in een thermocycler (denaturatie gedurende 10 minuten op 90 ° C, met een daaropvolgende snelle daling tot 65 ° C; traag temperatuur dalen van 65 ° C tot 55 ° C, met complementaire base paren in 20 stappen van de temperatuur van -0,5 K gedurende 30 minuten elke; en een snelle daling van 55 ° C tot 20 ° C); Zie figuur 2A.
    Opmerking: De stappen van de langzame daling van 65 ° C kunnen worden verlengd om de verhoging van de gemiddelde buislengte; echter, de latere snelle daling tot 20 ° C is belangrijk om te voorkomen dat de samenvoeging van gepolymeriseerde buizen.
  6. Slaan de gehybridiseerde n HTs voor maximaal 3 weken bij 4 ° C zonder aantasting van de detecteerbare.
    Opmerking: Voor fluorescentie microscopie, label n HTs zijn gekruist door (gedeeltelijk) vervangen door U1 met de gewijzigde U1-Cy3 (tabel 1). Voor langere momenten van de observatie, de toevoeging van gevestigde anti-bleken agenten is aan te raden.
  7. Zorgvuldig verdunnen het monster, tot de gewenste eindconcentratie (bijvoorbeeld 4 µM voor netwerken of 20 nM voor single-filament waarnemingen) met behulp van de buffer monster indien nodig. Om te minimaliseren mogelijk fout bronnen, assembleren monsters op de gewenste eindconcentratie.

2. Schuintrekken reologie

  1. Kies een passende meetkunde (plaat-plaat of kegel-plaat) voor de rheometer van de dynamische schuintrekken. Voor kleine hoeveelheden (dat wil zeggen, onder 200 µL), gebruik de kegel-plaat geometrie.
  2. Laden van het monster op de dynamische schuintrekken rheometer.
  3. Passivate van de lucht-water-interface van het monster en de omgeving met behulp van de volgende stappen uit om te voorkomen dat potentiële effecten van de verdamping.
    1. Omringen het monster met 2,5 mL van het monster buffer bad.
    2. Toevoegen van een oppervlakteactieve stof net onder de concentratie micel.
    3. Gebruiken een spuit Hamilton om te omringen het monster met een lipide direct contact van het monster met lucht te vermijden.
  4. Zegel van de monsterkamer met een cap uitgerust met natte sponsen en, indien mogelijk, met een extra waterbad (niet in contact met het monster) verder onderdrukken verdamping.
  5. Start van de meting met behulp van de rheometer-specifieke software bij kamertemperatuur; anderzijds voeren de metingen bij verschillende temperaturen, zoals 37 ° C (als fysiologische omstandigheden nodig zijn).
    Opmerking: Koeling van het monster gaat vaak gepaard met de condensatie van waterdamp uit de omringende lucht, terwijl verwarming tot verbeterde verdamping leidt. Beide effecten ongecontroleerd de concentratie van het monster, kunnen wijzigen zodat alle metingen in een reeks moeten worden uitgevoerd bij een constante temperatuur.
  6. Toestaan het monster equilibreer gedurende 2 uur bij kamertemperatuur. De tijdsevolutie kan worden gecontroleerd met een sweep tijd (één punt per minuut; stam γ = 5%; frequentie f = 1 Hz).
  7. Meten de mechanische eigenschappen met de gewenste testprotocollen. Beginnen met een reeks van frequentie veegt (f-veegt) omdat ze het monster intact te laten en te voor meer metingen zorgen.
    Opmerking: Daarnaast korte f-veegt moeten worden uitgevoerd vóór en na langere metingen (zoals lange f-veegt met een veel hogere resolutie) om te controleren dat het monster bleef onveranderd in het gehele protocol volledige meting.
    1. Uitvoeren een korte f-sweep (bijvoorbeeld γ = 5%; f = 0,01 Hz tot 30 Hz; 5 gegevenspunten per decennium).
    2. Voeren een lange f-sweep (bijvoorbeeld γ = 5%; f = 0,001 Hz tot 30 Hz; 21 gegevenspunten per decennium); het lagefrequentie-regime kan worden weggelaten als niet noodzakelijk voor het verminderen van de tijd van de meting.
    3. Uitvoeren van een korte f-sweep.
    4. Voeren een γ-sweep (bijvoorbeeld f = 1 Hz; γ = 0.0125% tot 100%; 20 gegevenspunten per decennium).
      Opmerking: Gebruik de korte f - vegen eerst, aangezien er meestal strijdig is met eerdere f - veegt omdat netwerken meestal tijdens γ-sweep scheuren of van de platen losmaken. Γ-oprit (ITMU) gebruiken (bijvoorbeeld = 0,025 s -1, t = 60 s); echter de hellingshoek meestal moeten veranderen van het motor-modus, dus volgende korte f-veegt zouden worden vervalst.
  8. Bin en/of vlot de onbewerkte gegevens met een Gaussiaans kernel.

3. fluorescentie-bijgewoonde analyse van DNA-gloeien

  1. bereiden 8 aliquots van 12 µL voor elk monster met behulp van 1-4 µM DNA per streng, 12.5 mM MgCl 2 in 1 x TE buffer, en 1 x nucleïnezuur gel vlek uit een 10.000 x DMSO voorraad. Maken van een negatieve controle met geen DNA, maar omvatten nucleïnezuur gel vlek.
  2. De aliquots overbrengen in een real-time PCR-plaat en verzegelen met kleeffilm (bijvoorbeeld een reactie van de 96-wells-plaat).
    Opmerking: De hoge temperaturen in de thermische gloeien protocollen gebruikt zal verdampen monsters. Dus, zorg ervoor dat de putten zijn strak verzegeld met zelfklevende film om te voorkomen dat water verdamping en concentratie toenemen, met name tijdens langdurige experimenten.
  3. Centrifugeren van de plaat bij 100 x g gedurende 1 minuut bij kamertemperatuur te verwijderen van de gasbellen; als de gasbellen uit te breiden, de putjes kunnen niet worden geanalyseerd.
  4. De verzegelde plaat in een real-time kwantitatieve PCR-systeem geladen.
  5. Een onthardende programma uitvoert. Denatureren van het DNA bij 90 ° C gedurende 10 min. Drop de temperatuur snel tot 72 ° C. Vervolgens dalen de temperatuur langzaam door 0,5 ° C om 30 min. Nadat het signaal is vervallen, versnellen de temperatuur oprit.
    Opmerking: 72 ° C wordt voldoende boven de temperatuur van de echte kruising; Dus, het signaal is opgenomen over een breed temperatuurbereik geschikt voor het bepalen van het benodigde temperatuurbereik.
  6. Ervoor te zorgen dat het deksel van de cycler tot ten minste 100 ° C verwarmt om te voorkomen dat de condensatie van verdampte monster op de kleeffilm.
  7. Tijdens de vergadering, de monsters te prikkelen met een laser argon-ion op 488 nm en detecteren de fluorescentie bij 550 nm bij het gebruik van een nucleïnezuur gel vlek (of spectraal vergelijkbaar). Andere kleurstoffen, kies een passende excitatie/emissie-combinatie. Meten van de fluorescentie signaal zo vaak mogelijk te verhogen de totale signaalkwaliteit met behulp van de ingebouwde camera.
    Opmerking: Hier, metingen werden verricht elke 9 s.
  8. Als vooraf ingestelde smelten en gloeien van programma's worden toegepast, de meegeleverde software kunnen gebruiken om de gegevens te analyseren. Zo niet, de vorige gemiddelde waarde van de gemiddelde waarde voor elke stap van de temperatuur te verkrijgen van de relatieve wijziging van het fluorescerende signaal aftrekken.

4. AFM Imaging

  1. klieven mica (bijvoorbeeld mica " V1 ") door verkrijgbare plakband vast te hechten en het rippen uit; de bovenste laag van de mica moet worden verwijderd.
  2. Pre-gevormde n HT in Mg 2 + met opklapbare buffer op de vers gekloofd mica en laat het voor 10 min. regelen met behulp van een micropipet, storten
  3. Draaien de monsters in korte 3-s intervallen op 2.000 x g op een tafeltje centrifuge voor het verwijderen van de resterende vloeistof. Verschillende n HTs moet nog steeds worden gekoppeld aan het oppervlak van mica.
  4. Gebruiken een cantilever-tip met een hoge stijfheid (bijvoorbeeld 54 Nm -1) en het bepalen van zijn resonantiefrequentie met de interne software van de AFM.
  5. Record het hoogte profiel bij de AFM in de lucht in te tikken modus tegen lage scan tarieven (bijvoorbeeld 1 lijn/s) om te voorkomen dat schadelijk of verdringt de n HTs.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

De vergadering van DNA nanotubes via een temperatuur helling (Figuur 2) is een zeer betrouwbare methode om te vormen van deze kunstmatige semiflexible polymeren. Deze polymeren hebben vergelijkbare kenmerken aan hun natuurlijke tegenhangers, zoals de actine-filamenten, maar bieden een veel breder experimentele kader omdat hun mechanische eigenschappen controllably worden kunnen gewijzigd9,27 . Zoals b...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Met het oog op een goed gevormde netwerken, is monteren van de DNA-nanobuisjes een cruciale stap. Fouten tijdens het proces van synthese negatief effect hebben op de kwaliteit van de buis; Daarom is het aanbevolen dat HPLC of een strengere proces worden gebruikt voor het zuiveren van de oligonucleotides. Aangezien de vorming van discrete in plaats van geaggregeerde DNA nanobuisjes, evenals hun lengte distributie, hangt af van het mengsel stoichiometrie van de samenstellende oligonucleotides van n binnen de set, ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

Wij erkennen dat financiering door DFG (1116/17-1) en de Leipzig School of Natural Sciences "BuildMoNa" (SGR 185). Dit werk is ondersteund door het Fraunhofer aantrekken project 601 683. T. H. erkent financiering uit het Europees Sociaal Fonds (ESF-100077106).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
AFM cantilever ACTAAppNano
AFM - NanoWizard 3JPK Instruments
CCD cameraAndoriXon DV887
DMSOSigma-AldrichD2650
DNA oligonucleotidesBiomers.netVoor sequenties zie Tabel 1
DNA Cy3-labeled oligonucleotidesBiomers.netVoor sequentie zie Tabel 1
EDTASigma-AldrichE-9884
Epi-fluorescentie microscoopLeicaDM-IRB
MgCl2Sigma-AldrichM-8266
Mica "V1", 12 mm rondPlano GmbH50-12
MicroAmp® Fast Optical 96-Well Reaction PlateThermo Fisher Scientific Inc.4346907
MicroAmp® Optical Adhesive FilmThermo Fisher Scientific Inc.4306311
NanoDrop 1000 SpectrofotometerThermo Fisher Scientific Inc.
100x objectiefLeica5506168
Gezuiverd waterMerk Millipore - Milli-Q & Elix
Sapphire PCR buisjesGreiner Bio-One683271
TProfessional Standard PCR ThermocyclerCore Life Sciences Inc.070- Standard
7900HT Fast Real-Time PCR SystemApplied Biosystems4351405
ReometerTA InstrumentsARES
SYBR® Green I nucleïnezuur gelkleurstofThermo Fisher Scientific Inc.S7567
TrisSigma-AldrichT4661
Triton X-100Sigma-Aldrich Co.X-100Dempft de verdamping van monster op lucht-water grensvlak

Referenties

  1. Huber, F., et al. Emergent complexity of the cytoskeleton: from single filaments to tissue. Adv Phys. 62 (1), 1-112 (2013).
  2. Kratky, O., Porod, G. Röntgenuntersuchung gelöster Fadenmoleküle. Recl Trav Chim Pays-Bas. 68 (12), 1106-1122 (1949).
  3. Saitô, N., Takahashi, K., Yunoki, Y. The Statistical Mechanical Theory of Stiff Chains. J Phys Soc Jpn. 22 (1), 219-226 (1967).
  4. Doi, M., Edwards, S. F. The Theory of Polymer Dynamics. , Oxford University Press. Oxford, UK. (1986).
  5. Mueller, O., Gaub, H. E., Baermann, M., Sackmann, E. Viscoelastic moduli of sterically and chemically cross-linked actin networks in the dilute to semidilute regime: measurements by oscillating disk rheometer. Macromolecules. 24 (11), 3111-3120 (1991).
  6. MacKintosh, F. C., Käs, J., Janmey, P. A. Elasticity of semiflexible biopolymer networks. Phys Rev Lett. 75 (24), 4425-4428 (1995).
  7. Gardel, M. L. Elastic Behavior of Cross-Linked and Bundled Actin Networks. Science. 304 (5675), 1301-1305 (2004).
  8. Sonn-Segev, A., Bernheim-Groswasser, A., Diamant, H., Roichman, Y. Viscoelastic Response of a Complex Fluid at Intermediate Distances. Phys Rev Lett. 112 (8), (2014).
  9. Schuldt, C., et al. Tuning Synthetic Semiflexible Networks by Bending Stiffness. Phys Rev Lett. 117 (19), (2016).
  10. Käs, J., et al. F-actin, a model polymer for semiflexible chains in dilute, semidilute, and liquid crystalline solutions. Biophys J. 70 (2), 609-625 (1996).
  11. Ross-Murphy, S. B. Structure-property relationships in food biopolymer gels and solutions. J Rheol. 39 (6), 1451-1463 (1995).
  12. Fletcher, D. A., Mullins, R. D. Cell mechanics and the cytoskeleton. Nature. 463 (7280), 485-492 (2010).
  13. Hinner, B., Tempel, M., Sackmann, E., Kroy, K., Frey, E. Entanglement, Elasticity, and Viscous Relaxation of Actin Solutions. Phys Rev Lett. 81 (12), 2614-2617 (1998).
  14. Palmer, A., Mason, T. G., Xu, J., Kuo, S. C., Wirtz, D. Diffusing Wave Spectroscopy Microrheology of Actin Filament Networks. Biophys J. 76 (2), 1063-1071 (1999).
  15. Gardel, M. L., Valentine, M. T., Crocker, J. C., Bausch, A. R., Weitz, D. A. Microrheology of Entangled F-Actin Solutions. Phys Rev Lett. 91 (15), (2003).
  16. Liu, J., et al. Microrheology Probes Length Scale Dependent Rheology. Phys Rev Lett. 96 (11), (2006).
  17. Golde, T., Schuldt, C., Schnauß, J., Strehle, D., Glaser, M., Käs, J. Fluorescent beads disintegrate actin networks. Phys Rev E. 88 (4), (2013).
  18. Isambert, H., Maggs, A. C. Dynamics and Rheology of Actin Solutions. Macromolecules. 29 (3), 1036-1040 (1996).
  19. Käs, J., Strey, H., Sackmann, E. Direct imaging of reptation for semiflexible actin filaments. Nature. 368 (6468), 226-229 (1994).
  20. Schmidt, C. F., Baermann, M., Isenberg, G., Sackmann, E. Chain dynamics, mesh size, and diffusive transport in networks of polymerized actin: a quasielastic light scattering and microfluorescence study. Macromolecules. 22 (9), 3638-3649 (1989).
  21. Kroy, K., Frey, E. Force-Extension Relation and Plateau Modulus for Wormlike Chains. Phys Rev Lett. 77 (2), 306-309 (1996).
  22. Morse, D. C. Tube diameter in tightly entangled solutions of semiflexible polymers. Phys Rev E. 63 (3), (2001).
  23. Broedersz, C. P., MacKintosh, F. C. Modeling semiflexible polymer networks. Rev Mod Phys. 86 (3), 995-1036 (2014).
  24. Tassieri, M., Evans, R. M. L., Barbu-Tudoran, L., Khaname, G. N., Trinick, J., Waigh, T. A. Dynamics of Semiflexible Polymer Solutions in the Highly Entangled Regime. Phys Rev Lett. 101 (19), (2008).
  25. Hinsch, H., Frey, E. Non-Affine Shear Modulus in Entangled Networks of Semiflexible Polymers. arXiv:0907.1875[cond-mat]. , Available from: https://arxiv.org/abs/0907.1875 (2009).
  26. Yin, P., et al. Programming DNA Tube Circumferences. Science. 321 (5890), 824-826 (2008).
  27. Glaser, M., et al. Self-assembly of hierarchically ordered structures in DNA nanotube systems. New J Phys. 18 (5), 055001(2016).
  28. Schiffels, D., Liedl, T., Fygenson, D. K. Nanoscale Structure and Microscale Stiffness of DNA Nanotubes. ACS Nano. 7 (8), 6700-6710 (2013).
  29. Hariadi, R. F., Yurke, B., Winfree, E. Thermodynamics and kinetics of DNA nanotube polymerization from single-filament measurements. Chem Sci. 6 (4), 2252-2267 (2015).
  30. de Gennes, P. G. Reptation of a Polymer Chain in the Presence of Fixed Obstacles. J Chem Phys. 55 (2), 572-579 (1971).
  31. Huss, V. A. R., Festl, H., Schleifer, K. H. Studies on the spectrophotometric determination of DNA hybridization from renaturation rates. Syst Appl Microbio. 4 (2), 184-192 (1983).
  32. Breslauer, K. J., Frank, R., Blöcker, H., Marky, L. A. Predicting DNA duplex stability from the base sequence. Proc Natl Acad Sci U S A. 83 (11), 3746-3750 (1986).
  33. You, Y., Tataurov, A. V., Owczarzy, R. Measuring thermodynamic details of DNA hybridization using fluorescence. Biopolymers. 95 (7), 472-486 (2011).
  34. Zipper, H. Investigations on DNA intercalation and surface binding by SYBR Green I, its structure determination and methodological implications. Nucleic Acids Res. 32 (12), e103-e103 (2004).
  35. Sobczak, J. -P. J., Martin, T. G., Gerling, T., Dietz, H. Rapid Folding of DNA into Nanoscale Shapes at Constant Temperature. Science. 338 (6113), 1458-1461 (2012).
  36. Snodin, B. E. K., Romano, F., Rovigatti, L., Ouldridge, T. E., Louis, A. A., Doye, J. P. K. Direct Simulation of the Self-Assembly of a Small DNA Origami. ACS Nano. 10 (2), 1724-1737 (2016).
  37. Das, R. K., Gocheva, V., Hammink, R., Zouani, O. F., Rowan, A. E. Stress-stiffening-mediated stem-cell commitment switch in soft responsive hydrogels. Nat Mater. 15 (3), 318-325 (2015).
  38. Sharma, A., et al. Strain-controlled criticality governs the nonlinear mechanics of fibre networks. Nat Phys. 12 (6), 584-587 (2016).
  39. Lieleg, O., Claessens, M. M. A. E., Bausch, A. R. Structure and dynamics of cross-linked actin networks. Soft Matter. 6 (2), 218-225 (2010).
  40. Claessens, M. M. A. E., Semmrich, C., Ramos, L., Bausch, A. R. Helical twist controls the thickness of F-actin bundles. Proc Natl Acad Sci U S A. 105 (26), 8819-8822 (2008).
  41. Claessens, M. M. A. E., Bathe, M., Frey, E., Bausch, A. R. Actin-binding proteins sensitively mediate F-actin bundle stiffness. Nat Mater. 5 (9), 748-753 (2006).
  42. Schnauß, J., Händler, T., Käs, J. Semiflexible Biopolymers in Bundled Arrangements. Polymers. 8 (8), 274(2016).
  43. Heussinger, C., Schüller, F., Frey, E. Statics and dynamics of the wormlike bundle model. Phys Rev E. 81 (2), (2010).
  44. Schnauß, J., et al. Transition from a Linear to a Harmonic Potential in Collective Dynamics of a Multifilament Actin Bundle. Phys Rev Lett. 116 (10), (2016).
  45. Strehle, D., et al. Transiently crosslinked F-actin bundles. Eur Biophys J. 40 (1), 93-101 (2011).
  46. Backouche, F., Haviv, L., Groswasser, D., Bernheim-Groswasser, A. Active gels: dynamics of patterning and self-organization. Phys Biol. 3 (4), 264-273 (2006).
  47. Surrey, T. Physical Properties Determining Self-Organization of Motors and Microtubules. Science. 292 (5519), 1167-1171 (2001).
  48. Nedelec, F. J., Surrey, T., Maggs, A. C., Leibler, S. Self-organization of microtubules and motors. Nature. 389 (6648), 305-308 (1997).
  49. Smith, D., et al. Molecular Motor-Induced Instabilities and Cross Linkers Determine Biopolymer Organization. Biophys J. 93 (12), 4445-4452 (2007).
  50. Huber, F., Strehle, D., Schnauß, J., Käs, J. Formation of regularly spaced networks as a general feature of actin bundle condensation by entropic forces. New J Phys. 17 (4), 043029(2015).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

PersistentielengteReologische MetingDynamische AfschuifreometerFluorescentiedetectieThermocycler HybridisatieReal time PCRPolymerisatiekinetiekHydrogeltoepassing

Gerelateerde artikelen