$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Понимание механических свойств двухцепочечной ДНК имеет принципиальное значение в основных инженерных приложений наук и. Структура двухцепочечной ДНК является более сложным, чем прямой винтовой лестнице, потому что углы крена, наклона и поворот между последовательными парами оснований могут варьироваться в зависимости от последовательности. Тепловые флуктуации могут привести к двухцепочечной ДНК пройти различные режимы конформационных колебаний, таких как гибка, скручивание и растяжение. Переходы, такие как плавление и изгибов может также происходить в экстремальных условиях.
Среди этих движений, двухцепочечной ДНК изгиб имеет наиболее заметное биологическое воздействие 1. дцДНК изгиба связано с репрессии генов или активации путем приведения два отдаленных местах близко друг к другу. Он также играет важную роль в упаковке ДНК внутри ядра клеток или вирусного капсида. Гибка деформация дцДНК могут быть визуализированы экспериментально путем микроскопии высокого разрешения (АСМ 2 и 3 ТЕА) и thermodynAmics и кинетика могут быть изучены с помощью цикла анализов, которые химически связывают Juxtaposed сайты в двухцепочечной ДНК.
Один из таких анализов является лигазы зависит от циклизации 4. В этом анализе дц-молекул ДНК с "липкими" (липких) концах замыкают в цикл или димеризована ДНК-лигазы. Сравнивая показатели окружности и образование димера, можно получить эффективную молярную концентрацию одного конца ДНК в непосредственной близости от другого конца, который известен как фактор J. Этот фактор J по размерам эквивалентен плотности вероятности нахождения один конец ДНК на небольшом расстоянии с другого конца, и, таким образом, отражает гибкость ДНК. Измерение коэффициента J как функция длины ДНК показывает, многие характеристики около механики ДНК включая длину настойчивость 4,5.
Червеобразные цепи (WLC) модель была широко рассматривается как канонического полимерной модели для двухцепочечной ДНК механики на основе его успеха в объяснениеining кривых сила-расширения, полученных в ДНК потянув экспериментов 6, и правильно предсказывать факторы J из dsDNAs дольше, чем 200 б.п. 7. Тем не менее, с помощью циклизации анализа на дц-молекул ДНК в виде коротких, как 100 б.п., Cloutier и Уидома измеряется факторы J быть на несколько порядков выше, чем предсказания WLC модель 8. Через год, Du и др.. производится J факторы в согласии с моделью WLC с помощью циклизации анализа с более низкими концентрациями лигазы и отнести аномальную результат из группы Уидома высоких лигазы концентрациях используется 9. Это противоречие является примером неизбежный влияние ДНК-лигазы на циклизации кинетики при использовании обычной анализа 9. Кроме того, ДНК-лигазы может также повлиять на структуру ДНК и жесткость через неспецифическое связывание 10,11.
Для устранения технических проблем белковых зависит от циклической обработки анализов, мы недавно продемонстрировали протЭйн-бесплатно петлеобразование анализ, основанный на флуоресценции резонансный перенос энергии (FRET) 12. В этом методе петлей конформации обнаруживаются FRET между донором и акцептором прикрепленным вблизи липких концов молекулы ДНК. Объективная типа полное внутреннее отражение флуоресценции микроскоп (TIRFM) используется для записи траектории обратимого циклов и unlooping событий из поверхностных иммобилизованными одной молекулы ДНК в течение длительного периода времени. Этот метод имеет ПЦР на основе сборку молекул ДНК для создания несоответствия без молекулы ДНК, что является одним из важнейших улучшение по сравнению с аналогичным методом по Vafabakhsh и Ха 13. Аспект одной молекулы этого протокола позволяет измерение распределений в дополнение к ансамблю в то время как сторона FRET позволяет измерять динамику Циклическое ДНК повторно с той же молекуле, даже в условиях, которые могут ухудшить лигазы активность.
Установка TIRFM показано на рисунке 1. ПользовательскийПродуманные этап образец помещают над микроскопа тела Olympus IX61. 532 нм и 640 нм лазеры введена со стороны, и отражаются от крошечных эллиптических зеркал 14 в высокой цели НС для достижения критического угла падения на поверхности раздела покровное воды. Отметим, что более широкое распространение сквозного цель TIR помощью дихроичных зеркал или призмы на основе МДП установок также могут быть использованы для этой FRET применения. Флуоресценции изображение, сформированное микроскопом разделен на донорных и акцепторных изображений по дихроичного зеркала. Затем они вновь отображены на двух половинок EMCCD. Дополнительные фильтры выбросов длинный-проход используются для уменьшения фонового сигнала.
Контроль температуры имеет важное значение для получения воспроизводимых кинетических данных. Для контроля температуры, цель отделена от носика тела микроскопа чтобы свести к минимуму передачу тепла и воды из контролируемой температурой холодильной отопителя / циркулирует через латунной воротник, который плотно облегаетвокруг внутренней металла под объективной куртки. Эта установка способна добиться надежного контроля температуры в покровное поверхности между 15 и 50 ° С (рис. 2). В этой работе, температура образца поддерживалась на уровне 24 ° С.
Следующий протокол представляет шаг за шагом процедуры для строительства ДНК, оценка формы ДНК, эксперимента одиночных молекул и определения коэффициента J.