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.
Method Article
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.
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.
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.
Recentemente, relatou um método para a construção de nanoestruturas discretos com formas 2D prescritas utilizando azulejos de cadeia simples (SST), e demonstraram as estruturas com complexidade comparável à origami de ADN 26. Este article é uma adaptação do nosso trabalho anterior 26 e descreve os protocolos detalhados para organizar SSTs individualmente endereçáveis em formas 2D finitos sofisticados, com dimensões precisamente prescritos (larguras e comprimentos) e morfologias. Uma das principais vantagens do método de SST é a sua modularidade. Cada componente SST de uma estrutura serve como uma unidade de construção modular na assembléia, e diferentes subconjuntos destes SSTs produzir formas distintas. Assim, estabelecemos uma plataforma geral para construir nanoestruturas com tamanhos e formas prescritas, de filamentos de DNA sintéticas curtas.
TSMs conter quatro domínios, cada um de 10 ou 11 nucleótidos de comprimento (Figura 1A). As SSTs vincular tal que as suas hélices paralelas criar uma estrutura de DNA realizada em conjunto por ligações de crossover. Cada passagem é o fosfato entre os domínios 2 e 3. O fosfato é esticado artificialmente nos diagramas para claridade visual. Os crossovers são espaçados duas voltas helicoidais (21 bases) de distância ( Figura 1B). Os retângulos compostos são referidos por suas dimensões do número de hélices e voltas helicoidais. Por exemplo, um rectângulo que é de seis hélices de largura e oito helicoidal gira tempo é referida como um 6H × T8 rectângulo. SSTs pode ser deixado de fora, adicionado, ou de outra forma reorganizados para criar estruturas de formas e tamanhos (Figura 1C) arbitrárias. Por exemplo, um formato rectangular pode ser enrolada em forma de tubo com um comprimento desejado e um raio (Figura 1D).
Alternativamente, a estrutura rectangular SST pode ser visto como uma tela molecular constituído por SST pixels, cada um de 3 nm de 7 nm. Neste estudo, utilizamos uma lona molecular de 310 full-length SSTs internos, 24 SSTs-metragens que compõem os limites esquerdo e direito, e 28 SSTs metade do comprimento, formando os limites superior e inferior. A tela tem 24 hélices duplas ligações por cruzamentos e cada hélice contém 28 voltas helicoidais (294 bases) e, por conseguinte, é designado porum 24H × 28T lona retangular. O 24H × tela 28T tem um peso molecular semelhante ao de uma estrutura origami de DNA criado a partir de um fago M13 andaime.
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1. DNA Sequence projeto
2. Preparação dos Canvas Molecular
3. Microscopia de Força Atômica Imagem
4. Preparação de Amostras para Streptavidin Labeling
5. Microscopia de Força Atômica para a rotulagem Streptavidin
7. Microscópio Eletrônico de Transmissão de imagem
8. A construção de formas arbitrárias usando a Molecular Canvas
10. retângulos e tubos em diferentes escalas
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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 ...
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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 ...
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Os autores declaram interesses financeiros conflitantes.
Este trabalho foi financiado pelo Escritório do Programa de Pesquisa Naval Young Investigator Award N000141110914, o Office of Naval Research Grant N000141010827, NSF Prémio Carreira CCF1054898, do NIH Director New Innovator Award 1DP2OD007292 e um Instituto Wyss para Biologicamente Inspirada Fundo Startup Faculdade de Engenharia (para PY) e Centro de Ciências da Vida Fundo de inicialização (para PC) Tsinghua-Pequim.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 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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