Method Article

Самоорганизация сложных двумерных фигур из одноцепочечной ДНК Плитка

DOI:

10.3791/52486

⸱

May 8th, 2015

 ,  ,  , 
1Tsinghua-Peking Center for Life Sciences, School of Life Sciences, Tsinghua University, 2Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, Harvard University, 3Department of Systems Biology, Harvard Medical School

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ДНК — эффективный подход к созданию программируемых наноструктур. Мы описываем протоколы создания сложных двумерных форм путем самосборки одноцепочечных плиток ДНК.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Современные методы наноархитектуры ДНК позволили успешно спроектировать множество 2D и 3D структур, используя принципы самосборки. В этой статье мы подробно описываем протоколы о том, как изготавливать сложные 2D-формы путем самосборки уникально адресуемых одноцепочечных плиток ДНК, которые действуют как молекулярные пиксели на молекулярном холсте. Каждая одноцепочечная плитка (SST) представляет собой 42-нуклеотидную цепь ДНК, состоящую из четырех конкатенированных модульных доменов, которые связываются с четырьмя соседями во время самосборки. Молекулярное полотно представляет собой прямоугольную структуру, самособирающуюся из ТПМ. Заданная сложная 2D-форма формируется путем выбора составляющих молекулярных пикселей (SST) из 310-пиксельного молекулярного холста и последующего подвергания соответствующих нитей одногоршковому отжигу. Благодаря модульному характеру подхода SST мы демонстрируем масштабируемость, универсальность и надежность этого метода. По сравнению с альтернативными методами, метод SST позволяет получить более широкий выбор информационных полимеров и последовательностей за счет использования разработанных и синтезированных de novo коротких нитей ДНК.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Предыдущая нуклеиновой кислоты самосборка работа 1-25 привел к успешному строительству различных сложных структур, в том числе ДНК 2 - 5,8,10 - 13,17,23 или РНК 7,22 периодическая 3,4,7, 22 и алгоритмическое 5 двумерные решетки, ленты и трубки 10,12 4,12,13, 3D кристаллы 17, 11 и многогранники конечными, 2D форм 7,8. Особенно эффективный метод ДНК-оригами scaffolded, в результате чего один эшафот нить сложена многими коротких вспомогательных цепей основных сформировать сложную форму 9,14 - 16,18 - 21,25.

Мы недавно сообщили, способ построения дискретных наноструктур с заданными 2D форм с использованием одноцепочечной плитки (SST), и продемонстрировал структуры со сложностью, сравнимой с ДНК-оригами 26. Это статьи обе адаптация нашей более ранней работе 26 и подробно описывает протоколы для организации индивидуально адресуемых SSTs в сложных конечных 2D форм с четко заданных размеров (длины и ширины) и морфологии. Одним из ключевых преимуществ метода SST является ее модульность. Каждый компонент ССТ структуры служит модульный блок строительства в сборке, а также различные подмножества этих ТПМ производить различные формы. Таким образом, мы установили общую платформу для построения наноструктур с заданными размерами и формами из коротких, синтетических нитей ДНК.

ТПМ содержит четыре области, каждая длиной 10 или 11 нуклеотидов (рис 1а). В ТПМ связать таким образом, что их параллельные спирали создать решетку ДНК удерживаемых вместе кроссовера связей. Каждый кроссовер фосфата между доменами 2 и 3. Фосфат растягивается искусственно на схемах для наглядности. Кроссоверы расположены два спиральных витков (21 баз) друг от друга (<сильный> 1В). Композитные прямоугольники называются по своим размерам в количестве спиралей и спиральных витков. Например, прямоугольник, что шесть спиралей в ширину и восемь витков спирали длиной ссылаются как 6H × 8Т прямоугольника. ТПМ могут быть опущены, добавляться или иначе переставить, чтобы создать структуры произвольных форм и размеров (рис 1в). Например, прямоугольная конструкция может быть свернута в трубку с нужной длины и радиуса (рис 1D).

В качестве альтернативы, прямоугольная ССТ решетки можно рассматривать как молекулярный холста из SST пикселей, каждый 3 нм 7 нм. В этом исследовании мы используем молекулярную полотно 310 полнометражных внутренних ТПМ, 24 ТПМ полнометражные составляющие левой и правой границы, и 28 половинной длины ТПМ, образующие верхние и нижние границы. Холст имеет 24 двойных спиралей ДНК, связанные с кроссоверов, и каждый спираль содержит 28 витков спирали (294 оснований) и, следовательно, называют24H × 28T прямоугольной холсте. 24H × 28T холсте имеет молекулярную массу, аналогичную из ДНК-оригами структуры, созданной из фага М13 эшафот.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. ДНК последовательность дизайн

  1. Используйте программное обеспечение UNIQUIMER 27 проектировать SST-конечное структуру, указав количество двойных спиралей, длин верхней и нижней спирали для каждой двойной спирали, и образец кроссовера создать 24H × 28T холсте. После определения этих параметров, общая архитектура (нить состав и расположение комплементарность) показано графически в программе.
  2. Создание последовательностей для нитей заданной структуры для удовлетворения расположение дополнительности и дополнительные требования (если таковые имеются). Дизайн последовательностей ДНК путем минимизации симметрию последовательности 28 (для большинства структур).
    1. Создание нуклеотидов (А, С, G и T) случайным образом по одному.
    2. Соответствие нуклеотиды, комплементарные тем, генерируется по правилу спаривания оснований: Т и наоборот; С до G, и наоборот.
    3. Не используйте повторяющиеся сегменты за восемь или девять нуклеотидов. Когда такой представительесть сегменты появляются во время проектирования, мутировать наиболее недавно сформированные нуклеотидов до требование повторения сегмента не выполняется.
    4. Не используйте четыре последовательных A, C, G или Т баз.
    5. Используйте предварительно указанные нуклеотиды в точках одноцепочечных сцепления (например Т и G, как двадцать первой и двадцать второй нуклеотидов, соответственно, для большинства из нитей), чтобы избежать скольжения баз вокруг точек сцепления (например, если оба двадцать первого и двадцать второй нуклеотиды были T, это было возможно для двадцать первого нуклеотида связываться с нуклеотида, что двадцать второй нуклеотид должен связываться с).
  3. Изменение последовательности ДНК вручную стрептавидин маркировки, трансформации прямоугольников в пробирки, формирование различных прямоугольников и труб в различных масштабах, и для предотвращения агрегации, вызванной подверженных доменов на SST.
    1. Заменить открытые домены на границе молекулярной холсте с поли-Т TRACTS.
    2. Для стрептавидин- маркировки, дизайн сегменты ручку (дополнительную сегмента добавляется в компонент цепи, которые могут связываться с комплементарной коллегой, такие как анти-ручки нити) такие, что они могут разместиться анти-ручки прядь с 3 'модификации биотина.
    3. Для превращения прямоугольника в трубку, удалить верхние и нижние строки из прямоугольника и вставить новую строку которого ТПМ есть определенный взаимодополняемости в соответствующих плитки на второй верхней строке и второй нижней строке.
    4. Для открытой одноцепочечной области различных форм, заменить поли-Т сегментов 10-11 нуклеотидов длиной, или покрытия с защитой кромок, которые являются комплементарными к открытой области, и заканчиваться 10-11 нуклеотидов длинных сегментов поли-T.

2. Подготовка молекулярной Canvas

  1. Получить компонент нити ДНК указанных последовательностей, растворенных в РНКазы свободной воды из oligonucleotiде производителем в V нижних 96-луночных с олигонуклеотидов, синтезированных на 10 нмоль шкале со стандартным обессоливания. Центрифуга также пластины 96 с нитями ДНК примерно за 10 с при 600 х г.
    1. Пипетка 1 мкл из каждой из лунок с 362 нитей ДНК для 24H × 28T прямоугольника (фиг.3А) при 100 мкМ на нити (производитель спецификации) в 2 мл пробирку. Добавить 138 мкл дистиллированной деионизированной Н 2 О в 2 мл пробирку с получением концентрированного раствора в нити смеси в концентрации 200 нМ в цепи.
  2. Добавьте 50 мкл 200 нМ маточный раствор из нитей смеси 10 мкл 10X буфера А отжига (50 мМ Трис, рН 7,9, 10 мМ ЭДТА, 250 мМ MgCl 2), и 40 мкл дистиллированной деионизированной Н 2 O до 0,2 мл ПЦР трубки. Это делает 100 мкл пробы молекулярного холста в 1X отжига буфера А (5 мМ Трис, рН 7,9, 1 мМ ЭДТА, 25 мМ MgCl 2).
  3. Отжига SAMPLе течение 17 ч в термоциклере охлаждения от 90 ° С до 25 ° С. Программа термоциклер следующим образом: снижает частоту от 90 ° C до 61 ° C с постоянной скоростью 5 мин на ° C; снижает частоту от 60 ° C до 25 ° C с постоянной скоростью в течение 20 мин на ° C; и инкубируют при 4 ° С, пока образец не может быть выведен из термоячейке.
  4. Приготовьте родной 2% агарозном геле.
    1. Мера 2,4 г агарозы в 600 мл химический стакан. Добавить 120 мл 0.5X TBE буфере (44,5 мМ Трис-борат, рН 8,3, 1 мМ ЭДТА) и 30 мл дистиллированной деионизированной воды в химический стакан.
    2. Микроволновая печь в течение 3 мин (или 40 - 60 сек более после кипячения). Пополнение потери воды при испарении путем добавления 30 мл воды, что помогает поддерживать концентрацию агарозы в геле на уровне 2%.
    3. Вихревой содержимое стакана в течение 1 мин в бане с холодной водой. Добавить 1 мл 1,2 М MgCl 2 (чтобы концентрацию 10 мМ MgCl 2 в геле) и предварительно окрасить гель остроумиеH 6 мкл SYBR безопасной красителя (1: 20000).
    4. Вылейте гель решение в коробке сухой гель и вставьте 1,5 мм 12 а гель-электрофореза гребень. Дают раствору затвердеть в течение 15 - 30 мин на ровной платформе.
    5. Налейте гель рабочего буфера (44,5 мМ Трис-борат, рН 8,3, 1 мМ ЭДТА, и 10 мМ MgCl 2) в коробку геля. Нагрузка 2 - 3 мкл 1 кб ДНК лестницы в лунку агарозном геле. Смешайте 4 мкл 6X бромфенолового синего красителя (0,25% бромфенолового синего, 5 мМ Трис, 1 мМ ЭДТА, 10 мМ MgCl 2 и 30% глицерина) с 20 мкл образца молекулярной холста и загрузить решение в другой скважине агарозном геле.
  5. Запуск родной 2% агарозном в течение 2 ч при 100 V в бане с ледяной водой (бромфенола синего, показанном на синий, работает быстрее, чем компонент нитей, так что может служить индикатором, что если 2 ч время работы уместно).
  6. Изображение геля с использованием сканера гель с соответствующим фильтром для SYBR безопасной пятна (фиг.2В ).
  7. На синего света трансиллюминаторе, вырезать доминирующую группу с аналогичным мобильности полосы 1500 пар оснований 1 кб ДНК лестницы, используя острый чистый лезвие. Поместите нужный кусок геля (ы) в колонке спина, а затем разгромить гель на мелкие части, используя микропробирку пестик. Центрифуга при 438 мкг в течение 3 мин при 4 ° С.
  8. Измерить концентрацию ДНК с использованием ультрафиолетового спектрофотометра при длине волны 260 нм.
    1. Используйте 2 мкл сверхчистой ДНКазы / РНКазы дистиллированной воды, заготовка для калибровки машины.
    2. Использование эквивалентный объем собранного образца из колонки спина, чтобы получить оценку концентрации ДНК. Измеренное значение концентрации ("" = нг / мкл), полученные при УФ поглощению на длине волны 260 нм поможет определить коэффициент разбавления для АСМ и ПЭМ изображения.
    3. Преобразование измеренной концентрации от "а" (нг / мкл), чтобы "б" (нМ) после б = × 10 6 / (330 &# 215; число нуклеотидов).
      Примечание: Молекулярная масса нуклеотида 330 г / моль. Рассчитывается молярное значение концентрации будет определить коэффициент разбавления для АСМ и ПЭМ изображений. Как в случае с 24H × 28T прямоугольника, общая измерения для очищенной пробы составляет около 10 - 60 нг / мкл. В число нуклеотидов для такой структуры 14616 Да, молярная концентрация составляет примерно 2 - 12 нм. Конечная концентрация определяется выходом сбора (~ 20 - 50%) от центрифугирования и объема полосы гель вырезали (чем больше объем, тем более разбавленной очищенного образца).

3. Атомно-силовая микроскопия изображений

  1. Лупиться слюду, прикрепленный к металлической образец диска с помощью скотча, чтобы получить плоскую поверхность и поместите образец диска на этапе визуализации.
  2. Добавить 40 мкл 1X буферного отжига А затем 5 мкл (2 - 5 нм) очищенного образца 24H × 28Tпрямоугольник на свежем сколе слюды. Разрешить смесь урегулировать в течение примерно 2 мин.
  3. Установите АСМ нитрида кремния кантилевера чип на держатель кантилевера. Используйте треугольный наконечник C (резонансную частоту, F 0 = 40 - 75 кГц; пружины K = 0,24 Нм -1) для визуализации.
  4. Изображение образец в режиме жидкости разговоров. Используйте следующие параметры изображения для сканирования: сканирование размер 2 мкм, 1024 линий для разрешения, и скорость сканирования 0,5 - 1 Гц (рис 2С).
  5. Если необходимо, добавить 10 мкл или более 10 мм раствор NiCl 2 чтобы повысить прочность ДНК-связывающего слюды 29.

4. Подготовка проб для маркировки Стрептавидином

  1. Вручную дизайн 24H × 28T прямоугольника таким образом, что ручка пряди на определенных местах включены, чтобы быть дополнением к анти-ручки нитей с модификацией биотином, которые в свою очередь способны связываться с streptavidв частности.
    1. Изменить молекулярную полотно присоединение ", сегмент 3 17 нуклеотидов, состоящую из последовательности нуклеотидов двух (TT) в качестве разделителя и 15 нуклеотидов ручку (GGAAGGGATGGAGGA) к 14 плиток в верхнем ряду и 14 плиток на дне строка прямоугольника (рис 3а) для обозначения границы. Эта последовательность комплементарна 3 'биотин модифицированной анти-ручки нити (TCCTCCATCCCTTCC-биотин).
  2. Для внутреннего маркировки, прикрепить 3 "17 нуклеотидов сегмент 8 внутренних плитки и плитки 6 граничных прямоугольника (рис 4а).
    1. Смешайте 28 прядей с ручками (краевой) маркировки с остальными составными прядей 24H × 28T прямоугольника (334 прядей), чтобы сделать 200 нМ маточного раствора. Смешайте 14 прядей с ручками (внутренние маркировки) с остальной частью компонентов прядей 24H × 28T прямоугольника (348 прядей), чтобы получить 200 нМ маточного раствора.
  3. Для боundary маркировки, добавить 50 мкл 200 нМ маточный раствор из нитей, 6 мкл 100 мкМ биотина изменены анти-ручки нитей, 10 мкл 10X буфера А отжига и 34 мкл дистиллированной деионизированной водой до 0,1 - 0,2 мл ПЦР пробирки. Конечная концентрация компонента нити 100 нМ, а конечная концентрация анти-биотин ручка модифицированной нить 6000 нМ. Следует отметить, что 28 молекулы анти-биотин обработки модифицированного нити связываются с 24H × 28T прямоугольника так анти-биотин обработки модифицированного нити превышает 100%, чтобы сделать связывание благоприятным.
  4. Для внутреннего маркировки, добавить 50 мкл 200 нМ маточный раствор из нитей, 3 мкл внутреннего анти-биотин обработки модифицированного нити на 100 мкм, 10 мкл 10-кратного буфера А отжига, 37 мкл дистиллированной деионизированной водой до 0,1 - 0,2 мл ПЦР пробирки. Конечная концентрация компонента нити 100 нМ, а конечная концентрация анти-биотин ручкой modifi ред прядь 3000 нМ. Обратите внимание, что 14 молекул анти-ручка биотин изменены нити связываются с 24H × 28T прямоугольника так анти-биотин обработки модифицированной цепи превышает 100%, чтобы сделать обязательным благоприятным.
  5. Отжиг образцов в обе термоциклере в течение 17 ч, используя шаги, описанные в разделе 2.3.
  6. Приготовьте родной 2% агарозном геле, как описано в шагах 2,4.
  7. Очищают как образцы, как описано в шагах 2.5.
  8. Измерьте концентрации желаемых структур ДНК, как описано в шагах 2.6.

5. Атомно-силовая микроскопия Для Стрептавидином маркировки

  1. Изображение каждый образец с использованием АСМ, как описано в шаге 3 (фиг.3В и 4В).
  2. После первого раунда изображений, добавить 40 мкл 1X буферного отжига А затем 1 мкл стрептавидина на 10 мг / мл в образце. Разрешить смесь урегулировать в течение примерно 2 минут до reimaging (цифры 3C и 4C).
_title "> 6. Преобразование прямоугольника в трубку

  1. Для разработки трубку на основе прямоугольника, сохранить все составные ТПМ в месте, за исключением верхней и нижней строк. Введение новой строки которого ТПМ разработаны путем конкатенации верхние и нижние половины плитки их соответствующих столбцов с образованием циклического исходного прямоугольника в трубку конформации (фиг.5А).
  2. Смешайте новую строку нитей (14 прядей) с составных прядей 24H × 28T прямоугольника исключением верхних и нижних рядов (336 прядей), чтобы получить 200 нМ маточного раствора.
  3. Следуйте очистка гель шаги 2.2 - 2.7 (рис 5б).

7. Трансмиссия электронный микроскоп изображений

  1. Взвешивают 0,06 г формиата уранила в 3 мл дистиллированной воды, чтобы приготовить 2% -ного водного раствора формиата уранила пятен. Фильтр 2% водный формиат уранила пятна раствора с использованием 0,2 мкм фильтр, прикрепленный к шприцу.
    1. Добавьте 5 мкл5 N NaOH до 1 мл отфильтрованного раствора красителя. Кратко вихрь решение и центрифуги при 20000 х г.
  2. Тлеющего разряда углеродных покрытием сетки (сторона с покрытием вверх) со следующими настройками: 25 мА, 45 с, 0,1 мбар, и отрицательной полярности высокого напряжения.
  3. Используйте самозакрывающиеся щипцы, чтобы захватить свечение разрядника обработанную сетку от края.
  4. Внесите 3,5 мкл образца на сетке в течение 4 мин. Используйте кусок фильтровальной бумаги впитывать от образца путем приведения фильтровальную бумагу в контакте с сеткой со стороны.
  5. Сразу добавить 3,5 мкл окрашивающим раствором на сетке в течение 1 мин.
  6. Фитиль от пятна, как в 7.4 и удерживайте фильтровальную бумагу против сетки за 1 - 2 мин.
  7. Перевести сетку в ТЭМ держателя образца и изображения, используя JEOL JEM-1400 работает при 80 кВ с увеличением в диапазоне от 10 К до 80 К (рис 5C).

8. Построение произвольных форм Использование MoleculAR Холст

  1. Определить форму и выбрать нити, которые соответствуют форме на молекулярном холсте. Для треугольной формы, например, выбрать 206 OUT 362 прядей для молекулярной холсте.
  2. Заменить подвергается домен (то есть, вдоль гипотенузы треугольника) с сегментом поли-T 10 - 11 нуклеотидов (конструкции 1 на фиг.6А), или добавить ребро протектора, комплементарную к открытой области, и завершить его с 10 - 11 нуклеотидов длиной поли-Т сегмент (конструкция 2 на рис 6A) для предотвращения агрегации.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Просто отжига SSTs, которые соответствуют пикселям треугольника (без использования протектор пряди) приведет к агрегации и образованию отдельной не группы продукции на геле. Используйте дизайн край протектор для различных форм, как это эффективно более ресурсов; она требует только четырех дополнительных наборов нитей (рис 6в) по сравнению с 14 дополнительных наборов в дизайне замены (фигуре 6В).
  3. Создать нити библиотеки для 310 пикселей молекулярной холсте, который включает в себя базовый набор (362 SST холст), набор 1 * (краевые протекторы, которые связываются с доменом 1 из SST), набор 2 * (краевые протекторы, которые связываются с доменом 2 из SST), набор 3 * (краевые протекторы, которые связываются с доменом 3 в SST), и набор из 4 * (краевые протекторы, которые связываются с доменом 4 в SST), чтобы дать в общей сложности 1344 края покровителей.
  4. Центрифуга также пластины 96 для различных наборов для примерно 10 сек. Пипеткой из желаемых нити из пластин для того, чтобы сделать исходный раствор для определенной формы.
    1. Для форме треугольника с защитой кромок, пипетки 1 мкл 206 прядей из основного набора, 0 из множества 1 *, 0 из множества 2 *, 0 из множества 3 * и 24 прядей из множества 4 * в 2 мл центрифуге труба. Добавьте 20 мкл дистиллированной деионизированной воды к трубке, чтобы сделать 400 нм исходного раствора из цепей ДНК.
  5. Добавьте 50 мкл 400 нМ маточного раствора ДНК Стра NDS, 10 мкл 10X буфера В отжига (50 мМ Трис, рН 7,9, 10 мМ ЭДТА, 125 мМ MgCl 2) и исходный раствор 40 мкл дистиллированной деионизированной Н 2 O до 0,2 мл ПЦР-пробирку. Это делает 100 мкл пробы треугольника в 1X отжига буфера В (5 мМ Трис, рН 7,9, 1 мМ ЭДТА, 12,5 мМ MgCl 2) с нитей в концентрации примерно 200 нм в цепи.
  6. Отжиг смеси в термоциклере в течение 17 ч, как описано в шаге 2.3.
  7. Приготовьте родной 2% агарозном геле, как описано в шаге 2.4.
  8. Очищают образец, как описано в шаге 2.5.
  9. Измерить концентрацию ДНК, как описано в шаге 2.6.
  10. Изображение образец под АСМ, как описано в шаге 3 (рис 7С и 7D).
  11. Выберите и смешайте пряди для различных форм с помощью той же библиотеки нитей. Отжига различные решения и объединить очищенные образцы различных форм, чтобы сэкономить время АСМ.
jove_title "> 9 Дополнительно:. Робот автоматизации дизайн формы и жидких Смешивание

  1. Использование программы пользовательского MATLAB, чтобы помочь конструкцию сложной формы.
  2. Использование программного обеспечения для доставки инструкции в виде последовательности пипетирования к обработчику робота жидкости. Используйте жидкий обработчик робота, чтобы выбрать и смешать нити, которые составляют целевую форму.
    ПРИМЕЧАНИЕ: дизайн Форма и прядь смешивания был автоматизирован, чтобы уменьшить человеческие ошибки и сделать строительство менее трудоемким.

10. Прямоугольники и трубы в различных масштабах

  1. Построить различных размеров прямоугольников (рисунок 10), просто изменяя число параллельных спиралей (H) и число витков спирали (Т).
  2. Следуйте шаг 3 для конкретного размера прямоугольника.
  3. Следуйте шаг 6 для конкретного размера трубы.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Самосборка ТПМ (рисунок 1) даст 24H × 28T прямоугольника, как показано на рисунке 2. Последовательности ДНК для различных ТПМ могут быть изменены / оптимизированы для того, чтобы стрептавидин маркировку (рисунок 3 и 4), преобразование прямоугольник в трубочку (Рисунок 5), программируемый самосборка ТПМ в трубки и прямоугольники различных размеров (рисунок 10), и строительство 2D произвольных форм с помощью молекулярной ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

На стадии формирования структуры, важно поддерживать соответствующую концентрацию катионов магния (например., 15 мМ) в цепи ДНК смеси самосборке ДНК-наноструктур. Аналогичным образом, на стадии агарозном геле характеристика / очистки, важно, чтобы соответствующее концентрацию катионов магния (например., 10 мМ) в геле и буфере геля проточной сохранить наноструктур ДНК при электрофорезе. Для 24H × 28T структуры прямоугольника, мы протестировали отжиг в различных концентрациях ++ Mg и обнаружил...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы заявляют о конкурирующих финансовых интересах.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эта работа финансировалась Управлением военно-морских исследований молодого исследователя Program Award N000141110914, Управления военно-морских исследований Гранта N000141010827, NSF КАРЬЕРА Award CCF1054898, NIH директора премии Нью-Новатор 1DP2OD007292 и Висс института Биологически Вдохновленный инженерного факультета Startup фонда (в PY) и Центр наук о жизни Startup фонда (в BW) Цинхуа-пекински.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Нити ДНК ИнтегрированнаяРаздел 3.1
SYBR Безопасное окрашивание гелем ДНКInvitrogenS33102Раздел 3.4.2
Freeze'N Squeeze Экстракция геля ДНК Спин-колонкиBIO-RAD731-6166Раздел 3.6
Рычажные щупы Bruker's Sharp Nitride ЗондыBruker AFM ЗондыSNL10Раздел 4.3
Безопасный имидж-сканер 2.0 Трансиллюминатор синего светаInvitrogenG6600Секция 3.6
Центрифуга 5430REppendorf5428 000.414Секция 3.6
Просвечивающий электронный микроскоп JeolJem 1400Секция 7.4
Многомодовая 8VeecoСекция 4
Typhoon FLA 9000 Лазерный сканерGE Heathcare Life Sciences28-9558-08Секция 3.5
Сверхчистая дистиллированная водаInvitrogen10977-023Секция 3.7.1
Слюдяной дискSPI Supplies12001-26-2Секция 4.1
Стальной монтажный дискТед Пелла, Инк.16218Секция 4.1
Медная сетка с углеродным покрытием для TEMElectron Microscopy SciencesFCF400-CuСекция 7.2
ПинцетDumont0203-N5AC-POСекция 7.31
Система тлеющего разрядаQuorum TechnologiesK100XСекция 7.2
ДНК Двигатель Tetrad 2 Термоамплификатор ПельтьеBIO-RADPTC– 0240GSection 3.3
Owl Easycast B2 Mini Gel Electrophoresis SystemsThermoScientificB2Section 3.4.3
Seekam LE Agarose 500GLonza50004Section 3.4.1
GeneRuler 1kb Plus DNA Ladder, готовый к использованию 75-20000bpThermoScientificSM1333Раздел 3.4.4
Nanodrop 2000c UV-vis спектрофотометрThermoScientificРаздел 3.7
0,2 мкм фильтрCorning Inc.431219Раздел 7.1.2
технология ДНК

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Seeman, N. C. Nucleic acid junctions and lattices. J. Theor. Biol. 99 (2), 237-247 (1982).
  2. Fu, T. J., Seeman, N. C. DNA double-crossover molecules. Biochemistry. 32 (13), 3211-3220 (1993).
  3. Winfree, E., Liu, F., Wenzler, L. A., Seeman, N. C. Design and self-assembly of two-dimensional DNA crystals. Nature. 394 (6693), 539-544 (1998).
  4. Yan, H., Park, S. H., Finkelstein, G., Reif, J. H., LaBean, T. H. DNA-templated self-assembly of protein arrays and highly conductive nanowires. Science. 301 (5641), 1882-1884 (2003).
  5. Rothemund, P. W. K., Papadakis, N., Winfree, E. Algorithmic self-assembly of DNA Sierpinski triangles. PLoS Biol. 2 (12), e424(2004).
  6. Shih, W., Quispe, J., Joyce, G. A 1.7-kilobase single-stranded DNA that folds into a nanoscale octahedron. Nature. 427 (6975), 618-621 (2004).
  7. Chworos, A., et al. Building programmable jigsaw puzzles with RNA. Science. 306 (5704), 2068-2072 (2004).
  8. Park, S. H., et al. Finite-size, fully-addressable DNA tile lattices formed by hierarchical assembly procedures. Angew. Chem. Int. Ed. 45 (5), 735-739 (2006).
  9. Rothemund, P. W. K. Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns. Nature. 440 (7082), 297-302 (2006).
  10. Schulman, R., Winfree, E. Synthesis of crystals with a programmable kinetic barrier to nucleation. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 104 (39), 15236-15241 (2007).
  11. He, Y., et al. Hierarchical self-assembly of DNA into symmetric supramolecular polyhedra. Nature. 452 (7184), 198-201 (2008).
  12. Yin, P., et al. Programming DNA tube circumferences. Science. 321 (5890), 824-826 (2008).
  13. Sharma, J., et al. Control of self-assembly of DNA tubules through integration of gold nanoparticles. Science. 323 (5910), 112-116 (2009).
  14. Douglas, S. M., Dietz, H., Liedl, T., Högberg, B., Graf, F., Shih, W. M. Self-assembly of DNA into nanoscale three-dimensional shapes. Nature. 459 (7245), 414-418 (2009).
  15. Andersen, E. S., et al. Self-assembly of a nanoscale DNA box with a controllable lid. Nature. 459 (7243), 73-76 (2009).
  16. Dietz, H., Douglas, S. M., Shih, W. M. Folding DNA into twisted and curved nanoscale shapes. Science. 325 (5941), 725-730 (2009).
  17. Zheng, J. P., et al. From molecular to macroscopic via the rational design of self-assembled 3D. DNA crystal. Nature. 461 (7260), 74-77 (2009).
  18. Han, D., et al. DNA origami with complex curvatures in three-dimensional space. Science. 332 (6024), 342-346 (2011).
  19. Liu, W., Zhong, H., Wang, R., Seeman, N. C. Crystalline two-dimensional DNA origami arrays. Angew. Chem. Int. Ed. 50 (1), 264-267 (2011).
  20. Zhao, Z., Liu, Y., Yan, H. Organizing DNA origami tiles into larger structures using preformed scaffold frames. Nano Lett. 11 (7), 2997-3002 (2011).
  21. Woo, S., Rothemund, P. Programmable molecular recognition based on the geometry of DNA nanostructures. Nat. Chem. 3 (8), 620-627 (2011).
  22. Delebecque, C. J., Lindner, A. B., Silver, P. A., Aldaye, F. A. Organization of intracellular reactions with rationally designed RNA assemblies. Science. 333 (6041), 470-474 (2011).
  23. Lin, C., Liu, Y., Rinker, S., Yan, H. DNA tile based self-assembly: building complex nanoarchitectures. ChemPhysChem. 7 (8), 1641-1647 (2006).
  24. Seeman, N. C. Nanomaterials based on DNA. Annu. Rev. Biochem. 79 (1), 65-87 (2010).
  25. Voigt, N. V., Nangreave, J., Yan, H., Gothelf, K. V. DNA origami: a quantum leap for self-assembly of complex structures. Chem. Soc. Rev. 40 (12), 5636-5646 (2011).
  26. Wei, B., Dai, M., Yin, P. Complex Shapes self-assembled from single stranded DNA tiles. Nature. 485 (7400), 623-626 (2012).
  27. Wei, B., Wang, Z., Mi, Y. Uniquimer: software of de novo DNA sequence generation for DNA self-assembly: an introduction and the related applications in DNA self-assembly. J. Comput. Theor. Nanosci. 4 (1), 133-141 (2007).
  28. Seeman, N. C. De novo design of sequences for nucleic acid structural engineering. J. Biomol. Struct. Dyn. 8 (3), 573-581 (1990).
  29. Hansma, H. G., Laney, D. E. DNA binding to mica correlates with cationic radius: assay by atomic force microscopy. Biophys. J. 70 (4), 1933-1939 (1996).
  30. Seelig, G., Soloveichik, D., Zhang, D. Y., Winfree, E. Enzyme-free nucleic acid logic circuits. Science. 314 (5805), 1585-1588 (2006).
  31. Yin, P., Choi, H. M. T., Calvert, C. R., Pierce, N. A. Programming biomolecular self-assembly pathways. Nature. 451 (7176), 318-322 (2008).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Single stranded DNA TilesDNA Nanostructure Self assemblyMolecular Canvas AssemblyNative Agarose Gel ElectrophoresisAtomic Force Microscopy ImagingDNA Strand PurificationThermal Cycler AnnealingEdge Protector DesignDomain Substitution MethodDNA Concentration Measurement

Related Articles