Design und Synthese eines rekonfigurierbaren DNA-Akkordeon-Racks
Summary
Wir beschreiben das ausführliche Protokoll für Konstruktion, Simulation, nass-Laborversuche und Analyse für eine rekonfigurierbare DNA Akkordeon Rack 6 mal 6 Maschen.
Abstract
DNA-Nanostruktur-basierte mechanische Systeme oder DNA Nanomaschinen, die komplexe nanoskaligen Bewegung in 2D und 3D in den Nanometer Ångström Auflösung zu produzieren, zeigen großes Potenzial in verschiedenen Bereichen der Nanotechnologie wie die molekulare Reaktoren, Drug-Delivery, und Nanoplasmonic Systeme. Rekonfigurierbare DNA Akkordeon Rack, die gemeinsam eine 2D oder 3D nanoskaligen Netzwerk Elemente, in mehreren Stufen in Reaktion auf die DNA-Eingaben ändern können, wird beschrieben. Die Plattform hat Potenzial, die Anzahl der Elemente zu erhöhen, die DNA Nanomaschinen maßstabsgetreu ein Netzwerk mit mehreren Stufen der Neukonfiguration von ein paar Elemente kontrollieren kann.
In diesem Protokoll beschreiben wir den gesamten experimentellen Prozess der rekonfigurierbare DNA-Akkordeon-Rack 6 mal 6 Maschen. Das Protokoll enthält ein Berechnungsvorgang Regel und Simulation der Strukturen und eine nass-Laborversuch für Synthese und Neukonfiguration. Darüber hinaus ist die Analyse der Struktur mit TEM (Transmissions-Elektronenmikroskopie) und FRET (Fluoreszenz Resonanz Energietransfer) im Protokoll enthalten. Die neuartige Konstruktion und Simulation Methoden fallen in diesem Protokoll unterstützen Forscher, die DNA-Akkordeon-Rack für weitere Anwendungen zu verwenden.
Introduction
Mechanische Systeme auf Basis von DNA Nanostrukturen oder DNA Nanomaschinen1,2,3,4,5 sind einzigartig, weil sie komplexe nanoskaligen Bewegung in 2D und 3D in den Nanometer zu produzieren Ångström Auflösung, nach verschiedenen biomolekularen Reize2,3,6. Durch Anbringen von funktionalen Materialien auf diese Strukturen und ihre Positionen zu kontrollieren, können diese Strukturen in verschiedenen Bereichen angewendet werden. Zum Beispiel wurden DNA-Nanomaschinen für eine molekulare Reaktor7, Drug-Delivery-8und Nanoplasmonic Systeme9,10vorgeschlagen.
Zuvor führten wir die rekonfigurierbare DNA-Akkordeon-Rack, die eine 2D oder 3D nanoskaligen Netzwerk Elemente11 (Abbildung 1A) manipulieren kann. Im Gegensatz zu anderen DNA-Nanomaschinen, die nur wenige Elemente steuern, kann die Plattform gemeinsam periodisch angeordneten 2D oder 3D Elemente in verschiedenen Stadien zu manipulieren. Wir erwarten, dass eine programmierbare chemische und biologische Reaktion-Netzwerk oder einem molekularen Computersystem aus unserem System gebaut werden kann durch die Erhöhung der Anzahl der steuerbaren Elemente. Das DNA-Akkordeon-Rack ist eine Struktur, in der das Netzwerk mehrere DNA-Balken mit Gelenken bestehend aus einzelsträngiger DNA (Abbildung 1 b) verbunden ist. Das Akkordeon Rack durch die DNA-Balken erzeugt wird durch die DNS-Sperren neu konfiguriert die hybridisieren auf den klebrigen Teil der Strahlen und ändern Sie den Winkel zwischen den Balken entsprechend der Länge der Brücke Teil der Schleusen (gesperrten Zustand). Darüber hinaus zeigt mehrstufigen Neukonfiguration durch das Hinzufügen von neuen Schleusen nach Bildung des Freistaates durch DNA-Sperren durch Brückenkopf-basierte Strang Verdrängung12,13abnehmen.
In diesem Protokoll beschreiben wir den Gesamtprozess für Design und die Synthese der rekonfigurierbare DNA-Akkordeon-Rack. Das Protokoll umfasst Konstruktion, Simulation, nass-Laborversuche und Analyse für die Synthese von DNA-Akkordeon Rack 6 mal 6 Maschen und eine Neukonfiguration von diesen. Die Struktur des Protokolls ist das Basismodell der bisherigen Forschung11 und 65 nm von 65 nm Größe, bestehend aus 14 Strahlen. In Bezug auf die Konstruktion und Simulation unterscheidet sich der konstruktive Aufbau des Akkordeon Racks von konventionellen DNA Origami14,15 (d. h. dicht gepackt). Daher wurden die Gestaltungsregel und molekulare Simulation von traditionellen Methoden modifiziert. Um zu demonstrieren, zeigen wir die Designtechnik mit der modifizierten Ansatz von CaDNAno14 und die Simulation des Akkordeon Racks mit zusätzliche Skripte OxDNA16,17 . Schließlich sind beide Protokolle der TEM und Bund für die Analyse der konfigurierten Akkordeon Rack Strukturen beschrieben.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Protokoll stellt den gesamten Prozess aus Konstruktion, Simulation, Synthese und Analyse von der 2D DNA Akkordeon Grundregal. Das geänderte Design und Simulation Regeln sind beschrieben worden weil standard DNA Origami Design Rule anders, dass die DNA-Akkordeon-Rack zusätzliche Nukleotide an die Frequenzweichen für Flexibilität14,15hat. Aus diesem Grund erwarten wir, dass das Protokoll verschiedene Forschungen mit DNA-Akkordeon Regale beschleunigen kan…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Forschung wurde teilweise durch das Global Research Center Entwicklungsprogramm durch die National Research Foundation von Korea(NRF) gefördert durch das Ministerium für Wissenschaft und IKT (MSIT) (2015K1A4A3047345) und Nano· unterstützt. Material Technology Development Program durch die National Research Foundation von Korea (NRF) gefördert durch das Ministerium für Wissenschaft und IKT (MSIT) (2012M3A7A9671610). Das Institute of Engineering Research an der Seoul National University zur Verfügung gestellt Forschungseinrichtungen für diese Arbeit. Autoren erkennen Dankbarkeit gegenüber Tae-Young Yoon (Biological Sciences, Seoul National University) bezüglich der Fluoreszenz-Spektroskopie für die Bund-Analyse.
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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