Самоорганизация сложных двумерных фигур из одноцепочечной ДНК Плитка

Summary

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

Abstract

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

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 построени....

Protocol

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

Results

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 .......

Discussion

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.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Нити ДНК	Интегрированная		Раздел 3.1
SYBR Безопасное окрашивание гелем ДНК	Invitrogen	S33102	Раздел 3.4.2
Freeze'N Squeeze Экстракция геля ДНК Спин-колонки	BIO-RAD	731-6166	Раздел 3.6
Рычажные щупы Bruker's Sharp Nitride Зонды	Bruker AFM Зонды	SNL10	Раздел 4.3
Безопасный имидж-сканер 2.0 Трансиллюминатор синего света	Invitrogen	G6600	Секция 3.6
Центрифуга 5430R	Eppendorf	5428 000.414	Секция 3.6
Просвечивающий электронный микроскоп	Jeol	Jem 1400	Секция 7.4
Многомодовая 8	Veeco		Секция 4
Typhoon FLA 9000 Лазерный сканер	GE Heathcare Life Sciences	28-9558-08	Секция 3.5
Сверхчистая дистиллированная вода	Invitrogen	10977-023	Секция 3.7.1
Слюдяной диск	SPI Supplies	12001-26-2	Секция 4.1
Стальной монтажный диск	Тед Пелла, Инк.	16218	Секция 4.1
Медная сетка с углеродным покрытием для TEM	Electron Microscopy Sciences	FCF400-Cu	Секция 7.2
Пинцет	Dumont	0203-N5AC-PO	Секция 7.31
Система тлеющего разряда	Quorum Technologies	K100X	Секция 7.2
ДНК Двигатель Tetrad 2 Термоамплификатор Пельтье	BIO-RAD	PTC– 0240G	Section 3.3
Owl Easycast B2 Mini Gel Electrophoresis Systems	ThermoScientific	B2	Section 3.4.3
Seekam LE Agarose 500G	Lonza	50004	Section 3.4.1
GeneRuler 1kb Plus DNA Ladder, готовый к использованию 75-20000bp	ThermoScientific	SM1333	Раздел 3.4.4
Nanodrop 2000c UV-vis спектрофотометр	ThermoScientific		Раздел 3.7
0,2 мкм фильтр	Corning Inc.	431219	Раздел 7.1.2