Diseño y síntesis de un ADN Reconfigurable acordeón Rack
Summary
Describimos el protocolo detallado para el diseño, simulación, wet-lab experimentos y análisis para un rack de acordeón ADN reconfigurable de mallas de 6 por 6.
Abstract
Sistemas mecánicos basados en nanoestructuras de ADN o DNA nanomáquinas, que producen el movimiento de nanoescala complejas en 2D y 3D en el nanómetro a ångström resolución, muestran gran potencial en diversos campos de la nanotecnología como los reactores moleculares, administración de fármacos, y sistemas de nanoplasmonic. El rack acordeón ADN reconfigurable, que colectivamente se puede manipular una red de nanoescala 2D o 3D de elementos, en múltiples etapas en respuesta a las entradas de ADN, se describe. La plataforma tiene potencial para aumentar el número de elementos que pueden controlar nanomáquinas de ADN de algunos elementos a una escala de red con múltiples etapas de reconfiguración.
En este protocolo se describe todo el proceso experimental de la rejilla de acordeón ADN reconfigurable de mallas de 6 por 6. El protocolo incluye un procedimiento de regla y simulación de diseño de las estructuras y un experimento de wet-lab para la síntesis y reconfiguración. Además, el análisis de la estructura utilizando met (microscopía electrónica de transmisión) y traste (transferencia de energía de resonancia de la fluorescencia) está incluido en el protocolo. Los nuevos métodos de diseño y simulación en este protocolo ayudará a los investigadores utilizar el canasto de acordeón de ADN para más aplicaciones.
Introduction
Sistemas mecánicos basados en nanoestructuras de ADN o DNA nanomáquinas en1,2,3,4,5 son únicos ya que producen movimiento de nanoescala complejas en 2D y 3D en el nanómetro a Ångström resolución, según varias biomoléculas estímulos2,3,6. Colocando materiales funcionales de estas estructuras y control de sus posiciones, estas estructuras pueden aplicarse a varias áreas. Por ejemplo, nanomáquinas de ADN se han propuesto para un reactor molecular7drogas entrega8y nanoplasmonic sistemas9,10.
Anteriormente, hemos introducido la rejilla acordeón del ADN reconfigurable, que puede manipular una red de nanoescala 2D o 3D de elementos11 (figura 1A). A diferencia de otros ADN nanomáquinas que sólo controlan una serie de elementos, la plataforma puede manipular colectivamente periódicamente vestida de elementos 2D o 3D en diferentes etapas. Anticipamos que una red de reacción química y biológica programable o un sistema de computación molecular se puede construir de nuestro sistema, aumentando el número de elementos controlables. La parrilla de acordeón de ADN es una estructura, en que la red de múltiples vigas de ADN está conectada a las articulaciones compuestas de ADN (figura 1B). Se reconfigura el acordeón rack generado por las vigas de ADN por las cerraduras de la DNA, que hibridan a la parte pegajosa de vigas y cambian el ángulo entre los rayos según la longitud de la parte puente de las esclusas (estado bloqueado). Además, multi-step reconfiguración se demuestra mediante la adición de nuevas cerraduras después de la formación del estado libre por desmontar cerraduras de ADN a través de la cadena basada en el punto de apoyo desplazamiento12,13.
En este protocolo se describe todo el proceso de diseño y síntesis de la rejilla acordeón reconfigurable de ADN. El protocolo incluye el diseño, simulación, wet-lab experimentos y análisis para la síntesis del ADN acordeón de 6 por 6 mallas y una reconfiguración de estos. La estructura de cubierta en el protocolo es el modelo básico de la investigación anterior11 y 65 nm por 65 nanómetro de tamaño, que consta de 14 vigas. En términos de diseño y simulación, el diseño estructural del soporte acordeón es diferente de ADN convencional14,de origami de la15 (es decir, firmemente embalado). Por lo tanto, se han modificado las reglas de diseño y simulación molecular de los métodos tradicionales. Para demostrar, mostramos la técnica de diseño utilizando el enfoque modificado de caDNAno14 y la simulación de la rejilla de acordeón con oxDNA16,17 de scripts adicionales. Por último, se describen ambos protocolos de TEM y traste para análisis de estructuras de rack acordeón configurado.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este Protocolo introduce todo el proceso de diseño, simulación, síntesis y análisis de la rejilla acordeón de ADN 2D básica. El diseño modificado y las reglas de la simulación se han descrito porque la regla del diseño de origami de ADN estándar, difiere en cuanto a la rejilla de acordeón de ADN tiene nucleótidos adicionales en los crossovers para flexibilidad14,15. De esta forma, esperamos que el protocolo puede acelerar varias investigaciones utiliz…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue parcialmente financiada por el programa Global del centro de desarrollo de investigación a través de la Fundación de investigación nacional de Korea(NRF) financiado por el Ministerio de ciencia y TIC (MSIT) (2015K1A4A3047345) y Nano· Programa de desarrollo de tecnología de materiales a través de la nacional investigación Fundación de Corea (NRF) financiado por el Ministerio de ciencia y TIC (MSIT) (2012M3A7A9671610). El Instituto de investigación de ingeniería en la Universidad Nacional de Seúl proporcionó instalaciones de investigación para este trabajo. Los autores reconocen con gratitud hacia Yoon Tae-Young (ciencias biológicas, Universidad Nacional de Seúl) en cuanto a la espectroscopia de fluorescencia para el análisis de traste.
Materials
| M13mp18 Single-stranded DNA | NEB | N4040s | |
| 1M MgCl2 Solution | Biosesang | M2001 | |
| Tris-EDTA buffer | Biosesang | T2142 | |
| Nuclease-Free Water | Qiagen | 129114 | |
| 5M Sodium Chloride solution | Biosesang | s2007 | |
| PEG 8000 | Sigma Aldrich | 1546605 | |
| 10N NaOH | Biosesang | S2038 | |
| Uranyl formate | Thomas Science | C993L42 | |
| Thermal cycler C1000 | Biorad | ||
| Nanodropic 2000 | Thermo Fisher Scientific | ||
| TEM (LIBRA 120) | Carl Zeiss | ||
| Fluorometer Enspire 2300 | Perkin-Elmer | ||
| Centrifuge | Labogene | LZ-1580 |
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