A auto-montagem de formas bidimensionais complexos de ADN de cadeia simples Azulejos

Resumo

DNA tiling é uma abordagem eficaz para fazer nanoestruturas programáveis. Descrevemos os protocolos para construir formas bidimensionais complexas pela automontagem de blocos de DNA de fita simples.

Resumo

Os métodos atuais em nanoarquitetura de DNA projetaram com sucesso uma variedade de estruturas 2D e 3D usando princípios de automontagem. Neste artigo, descrevemos protocolos detalhados sobre como fabricar formas 2D sofisticadas por meio da automontagem de blocos de DNA de fita simples endereçáveis exclusivamente que atuam como pixels moleculares em uma tela molecular. Cada bloco de fita simples (SST) é uma fita de DNA de 42 nucleotídeos composta por quatro domínios modulares concatenados que se ligam a quatro vizinhos durante a automontagem. A tela molecular é uma estrutura retangular auto-montada a partir de SSTs. Uma forma 2D complexa prescrita é formada selecionando os pixels moleculares constituintes (SSTs) de uma tela molecular de 310 pixels e, em seguida, submetendo as fitas correspondentes ao recozimento de um pote. Devido à natureza modular da abordagem SST, demonstramos a escalabilidade, versatilidade e robustez desse método. Comparado com métodos alternativos, o método SST permite uma seleção mais ampla de polímeros e sequências de informação por meio do uso de fitas curtas de DNA projetadas e sintetizadas de novo.

Introdução

Anterior ácido nucleico de auto-montagem ^1-25 trabalho levou à bem sucedida da construção de uma variedade de estruturas complexas, incluindo ADN ^{2 - 5,8,10 - 13,17,23} ou RNA ^{7,22 3,4,7 periódica, 22} e algorítmica ⁵ bidimensionais treliças, fitas ^10,12 e tubos de ^4,12,13, cristais 3D ^17, poliedros ¹¹ e finitos, 2D formas ^7,8. Um método particularmente eficaz é o scaffold origami de DNA, em que uma cadeia simples de andaime é dobrado por muitos fios auxiliares curtas descontínuas, para formar uma forma complexa ^{9,14 - 16,18 - 21,25.}

Protocolo

1. DNA Sequence projeto

1. Use software UNIQUIMER ²⁷ para projetar uma estrutura SST-finito, especificando o número de hélices duplas, comprimentos de hélice superior e inferior para cada dupla hélice, eo padrão cruzado para criar um 24H × lona 28T. Depois de definir estes parâmetros, a arquitetura geral (vertente composição eo arranjo complementaridade) é ilustrado graficamente no programa.
2. Gerar sequências para os fios da estrutura especificada para atender o arranjo complementaridade e requisitos adicionais (se houver). Conceber sequências de ADN, minimizando a sequência de simetria ²⁸ (para a maioria das estruturas).

Resultados

A auto-montagem de SST (Figura 1) vai produzir uma 24H × 28T rectângulo, conforme ilustrado na Figura 2. As sequências de ADN para as diferentes SST pode ser modificada / optimizado para permitir rotulagem estreptavidina (Figura 3 e 4), a transformação de um retângulo para dentro de um tubo (Figura 5), a auto-montagem de SST programável para formar tubos e rectângulos de diversos tamanhos (Figura 10), e a construção de .......

Discussão

No passo de formação da estrutura, é importante manter uma concentração de catiões de magnésio apropriado (por exemplo., 15 mM) na mistura cadeia de ADN para nanoestruturas de DNA auto-montar. Do mesmo modo, no passo de caracterização em gel de agarose / purificação, é importante manter uma concentração de catiões de magnésio apropriado (por exemplo., 10 mM) em gel e o tampão de gel de corrida para reter as nanoestruturas de ADN durante a electroforese. Para a estrutura 24H × 28T rectângulo, testou-se .......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Filamentos de DNA		de DNA Integrada	Seção 3.1
SYBR Mancha de gel de DNA seguro	Invitrogen	S33102	Seção 3.4.2
Colunas de rotação de extração de gel de DNA Freeze'N Squeeze	BIO-RAD	731-6166	Seção 3.6
Sondas de alavanca de nitreto afiado de Bruker	Sondas Bruker AFM	SNL10	Seção 4.3
Imageador seguro 2.0 Transiluminador de luz azul	Invitrogen	G6600	Seção 3.6
Centrífuga 5430R	Eppendorf	5428 000.414	Seção 3.6
Microscópio Eletrônico de Transmissão	Jeol	Jem 1400	Seção 7.4
Multimodo 8	Veeco		Seção 4
Tufão FLA 9000 Scanner a Laser	GE Heathcare Life Sciences	28-9558-08	Seção 3.5
Água destilada ultrapura	Invitrogen	10977-023	Seção 3.7.1
Disco de mica	SPI Supplies	12001-26-2	Seção 4.1
Disco de montagem de aço	Ted Pella, Inc.	16218	Seção 4.1
grade de cobre revestida de carbono para	Microscopia Eletrônica TEM Sciences	FCF400-	Seção 7.2
pinças	Dumont	0203-N5AC-PO	Seção 7.31
sistema de descarga de brilho	Quorum Technologies	K100X	Seção 7.2
DNA Motor Tetrad 2 Peltier Termociclador	BIO-RAD	PTC– 0240G	Seção 3.3
Coruja Easycast B2 Mini Sistemas de Eletroforese em Gel	ThermoScientific	B2	Seção 3.4.3
Seekam LE Agarose 500G	Lonza	50004	Seção 3.4.1
GeneRuler 1kb Plus DNA Ladder, Pronto para Uso 75-20000bp	ThermoScientific	SM1333	Seção 3.4.4
Nanodrop 2000c UV-vis Espectrofotômetro	ThermoScientific		Seção 3.7
Filtro de 0,2 um Corning	Inc.	431219	Seção 7.1.2

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