स्थिर डीएनए रूपांकनों, 1D और 2 डी Nanostructures छोटे परिपत्र डीएनए अणुओं से निर्माण
Summary
यह लेख टी-4 बंधाव के लिए एक विस्तृत प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है और छोटे परिपत्र डीएनए अणुओं के पृष्ठ शोधन denaturing, और परिपत्र टाइल, कोडांतरण और 1 डी और 2d डीएनए nanostructures के afm इमेजिंग के मूल पृष्ठ विश्लेषण, के रूप में के रूप में अच्छी तरह से एगरोस जेल परिमित डीएनए नैनोस्ट्रक्चर्स की वैद्यूतिकोरक और अपकेंद्रण शुद्धि ।
Abstract
यह लेख छोटे परिपत्र डीएनए अणुओं के संश्लेषण के लिए एक विस्तृत प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है, परिपत्र डीएनए रूपांकनों को अनीलन, और 1 डी और 2 डी डीएनए nanostructures के निर्माण । दशकों से, डीएनए नैनोटेक्नोलॉजी के तीव्र विकास के लिए स्रोत सामग्री के रूप में रैखिक DNAs के उपयोग के लिए जिंमेदार ठहराया है । उदाहरण के लिए, डीएओ (डबल क्रॉसओवर, एंटीपैरेलल, विषम अर्ध-मुड़ता) टाइल को 2D डीएनए lattices के निर्माण के लिए एक बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में अच्छी तरह से जाना जाता है; डीएओ की मुख्य संरचना दो रेखीय एकल-असहाय (एसएस) ओलिगोन्यूक्लिओटिड्स से बनाई गई है, जैसे दो रस्सियों एक दाहिने हाथ दादी गाँठ बना रही हैं । इस के साथ साथ, डीएनए टाइल्स के एक नए प्रकार बुलाया cDAO (युग्मित डीएओ) c64nt या c84nt (परिपत्र ६४ या ८४ न्यूक्लियोटाइड्स) पाड़ किनारा और कई रैखिक एसएस-DNAs प्रधान किस्में के रूप में के रूप में एक छोटे परिपत्र एसएस डीएनए का उपयोग कर निर्मित कर रहे हैं । परफेक्ट 1D और 2D nanostructures cDAO टाइल्स से इकट्ठे हुए हैं: अनंत nanostructures, nanospirals, नैनोट्यूब, nanoribbons; और परिमित नैनो-आयतों । विस्तृत प्रोटोकॉल्स बताए गए हैं: 1) T4 ligase द्वारा तैयार करना और डिनाट्रिंग पेज (polyacrylamide gel वैद्युतसंचलन) के द्वारा शोधन छोटे परिपत्र oligonucleotides, 2) स्थिर परिपत्र टाइल्स, मूल पृष्ठ विश्लेषण द्वारा पीछा किया, 3) कोडांतरण अनंत 1D nanowires, नैनोरिंग्स, nanospirals, अनंत nanowires और nanoribbons के 2 डी lattices, और परिमित 2D नैनो-आयतों, AFM (परमाणु बल माइक्रोस्कोपी) इमेजिंग द्वारा पीछा किया । विधि सरल, मजबूत है, और सबसे प्रयोगशालाओं के लिए सस्ती ।
Introduction
डीएनए अणुओं का उपयोग दशकों से कई प्रकार के नैनोस्ट्रक्चर बनाने के लिए किया गया है । ठेठ रूपांकनों डीएई (डबल क्रॉसओवर, antiparallel, यहां तक कि आधा बदल जाता है) और डीएओ टाइल्स1,2,3, स्टार टाइल्स4,5,6,7, एकल शामिल कतरा हुआ (ss) टाइल्स8,9,10, और डीएनएorigami 11,12,13. इन डीएनए रूपांकनों और lattices रैखिक एस-DNAs से इकट्ठे हुए हैं । हाल ही में, दूसरों को और हम पाड़ो के रूप में परिपत्र एसएस के उपयोग की सूचना दी है ओलिगोन्यूक्लिओटिडेस, बनाने के लिए रूपांकनों, 1d नैनोट्यूब, और 2 डी lattices14,15,16,17। C64nt के केंद्र में एक holliday जंक्शन (hj)18,19,20,21 डालने से, दो युग्मित दाव टाइल्स की एक जोड़ी17का गठन किया जा सकता है । इस नए cDAO आकृति और उसके डेरिवेटिव स्थिर है और पर्याप्त कठोर करने के लिए 2 डी डीएनए lattices को इकट्ठा करने के लिए 3× 5 μm । इस पत्र में, हम “परिपत्र टाइल” का एक शब्द है, जो एक स्थिर डीएनए जटिल एक परिपत्र पाड़ और अंय एसएस के रैखिक स्टेपल के साथ निर्माण अणु के रूप में परिभाषित किया गया है oligonucleotides का उपयोग करें, और “रैखिक टाइल”, जो रैखिक का एक पूरा सेट से बनाया गया है की एक और शब्द एसएस-ओलिगोन्यूक्लिओटिड्स ।
यह प्रोटोकॉल दर्शाता है कि छोटे वृत्ताकार डीएनए अणुओं के साथ पाड़ो के रूप में पांच प्रकार के डीएनए नैनोस्ट्रक्चर्स का निर्माण कैसे करें: 1) अनंत 1D c64nt और c84nt nanostructures, 2) अनंत 2D cDAO-c64nt-O और cDAO-c64nt-E (-O एक विषम संख्या का प्रतिनिधित्व करता है 5 आधा-बदल जाता है और ई 4 आधा-बदल जाता है की एक भी संख्या का प्रतिनिधित्व करता है) lattices, 3) अनंत 2D cDAO-c84nt-O और cDAO-c84nt-ई lattices, 4) परिमित 2D 5 × 6 cDAO-c64nt-O और 5 × 6 cDAO-c74 & 84nt-O आयत, 5) अनंत 1D acDAO-c64nt-ई nanorings और nanospirals (कृपया देखें चित्र 3-5 योजनाबद्ध चित्र और डीएनए nanostructures के ऊपर पांच प्रकार की छवियों के लिए) । 1D c64nt और c84nt nanowires प्रत्येक c64nt और c84nt दो रैखिक स्टेपल के साथ जुड़े पाड़ क्रमशः से इकट्ठे हुए हैं । CDAO के प्रत्येक परिपत्र टाइल-c64nt, acDAO-c64nt, Cडीएओ-c74nt, या cDAO-c84nt क्रमशः चार रैखिक staples के साथ c64nt, c74nt, या c84nt के अपने इसी सुपाड़ा से annealed है । अनंत 2D lattices अलग दृश्यों के साथ दो परिपत्र टाइल्स के एक ही प्रकार से इकट्ठे हुए हैं । दो परिमित 2D आयत lattices क्रमशः ३२ परिपत्र उप टाइल्स के दो सेट से इकट्ठे हुए हैं । पैसे बचाने के लिए, केवल एक sequenced c64nt, c74nt, और c84nt संबंधित पाड़ के रूप में प्रयोग किया जाता है, जबकि अलग overhangs करने के लिए ३२ cdao-c64nt, 12 cdao-c74nt, और 20 cdao-c84nt परिपत्र उप टाइल क्रमशः पहले उप टाइल अनील चरण में अनील उपयोग किया जाता है, तो इसी ३२ परिपत्र उप टाइल एक साथ मिश्रण और दूसरी जाली के लिए कदम को लागू करने के लिए परिमित 5 × 6 cDAO-c64nt-O और 5 × 6 cDAO-c74 & 84nt-ओ lattices, क्रमशः इकट्ठा । निश्चित रूप से, अलग sequenced परिपत्र मचानों परिमित आकार nanostructures की एक किस्म को इकट्ठा करने के लिए अपनाया जा सकता है, लेकिन यह अधिक पैसे और labors खर्च होंगे । अनंत 1D acDAO-c64nt-E नैनोरिंग्स और nanospirals एक-sequenced असममित acDAO-4 आधा-बदल जाता है की एक भी संख्या के रैखिक कनेक्शन के साथ c64nt टाइल्स से annealed रहे हैं । CDAO-c64nt और cDAO-c84nt के परिपत्र टाइल्स से अनंत 2D lattices इकट्ठा करने के लिए दो दृष्टिकोण हैं, जो 4 की एक भी संख्या और 5 आधे की एक विषम संख्या क्रमशः बदल जाता है की intertile दूरी से प्रतिष्ठित हैं । पूर्व सभी टाइल्स हूबहू गठबंधन करने की आवश्यकता है; बाद कुंडलिनी कुल्हाड़ियों के साथ दो पड़ोसी टाइल के चेहरों के परिवर्तन की आवश्यकता है । यदि टाइल कठोर है और इस तरह के cdao-c64nt के रूप में, तलीय, दोनों दृष्टिकोण तलीय nanoribbons उत्पंन करेगा; यदि टाइल एक दिशा की ओर घुमावदार है, जैसे cdao-c84nt, एक भी संख्या के 4 आधा बदल जाता है nanotubes पैदा करेंगे, जबकि 5 आधा बदल जाता है की एक विषम संख्या के intertile कनेक्शन के उंमूलन के कारण तलीय nanoribbons उत्पादन होगा वक्रता-घुमावदार टाइल के वैकल्पिक संरेखण के द्वारा पक्षपातपूर्ण विकास । 1D और 2D डीएनए nanostructures के परिपत्र टाइल्स से सफल विधानसभा इस नए दृष्टिकोण के कई फायदे इंगित करता है: लागू स्थिरता और रैखिक टाइल पर परिपत्र टाइल की कठोरता, विषम nanostructures के विधानसभा के लिए चिरल टाइल्स जैसे nanorings और nanoribbons, डीएनए यांत्रिकी और आणविक संरचनाओं, आदिको समझने पर नई दृष्टि
Protocol
Representative Results
Discussion
इस लेख में प्रस्तुत प्रोटोकॉल छोटे परिपत्र डीएनए अणुओं और डीएनए nanostructures के विधानसभा के संश्लेषण पर ध्यान केंद्रित । बेतरतीब ढंग से sequenced डीएनए डिजाइन के अधिकांश इस प्रोटोकॉल में इस्तेमाल किया जा सकता है ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम एनएसएफसी (अनुदान सं ९१७५३१३४ और २१५७११००) से वित्तीय सहायता के लिए आभारी हैं, और दक्षिण पूर्व विश्वविद्यालय के Bioelectronics की राज्य कुंजी प्रयोगशाला ।
Materials
| T4 ligase | TaKaRa | 2011A | |
| T4 buffer | TaKaRa | 2011A | |
| TE buffer | Sangon | B548106 | |
| Thermo bottle | Thermos | SK-3000 | |
| Thermo cycler | Bio Gener | GE4852T | |
| Exonuclease I | TaKaRa | 2650A | |
| Exonuclease I buffer | TaKaRa | 2650A | |
| 30% (w/v) Acryl/Bis solution (19:1) | Sangon | B546016 | |
| TAE premix podwer | Sangon | B540023 | |
| Mg(Ac)2·4H2O | Nanjing Chemical Reagent | C0190550223 | |
| Urea | Sangon | A510907 | |
| TEMED | BBI | A100761 | |
| Ammonium Persulfate | Nanjing Chemical Reagent | 13041920295 | |
| Power supply | Beijing Liuyi | DYY-8C | |
| Water bath | Sumsung | DK-S12 | |
| Formamide | BBI | A100314 | |
| DNA Marker (25~500 bp) | Sangon | B600303 | |
| DNA Marker (100~3000 bp) | Sangon | B500347 | |
| Loading buffer | Sangon | B548313 | |
| PAGE electrophoresis systerm | Beijing Liuyi | 24DN | |
| Filter | ASD | 5010-2225 | 0.22 µM |
| UV imaging System | Tanon | 2500R | |
| n-butanol | Sangon | A501800 | |
| Absolute Ethanol | SCR | 10009257 | |
| NaOAc | Nanjing Chemical Reagent | 12032610459 | |
| Centrifuge | eppendorf | Centrifuge 5424R | |
| Vacuum concentrator | CHRIST | RVC 2-18 | |
| Ultraviolet spectrum | Allsheng | Nano-100 | |
| nucleic acid stain | Biotium | 16G1010 | GelRed |
| Agarose | Biowest | G-10 | |
| Agarose electrophoresis systerm | Beijing Liuyi | DYCP-31CN | |
| Heating Plate | Jiangsu Jintan | DB-1 | |
| TBE premix podwer | Sangon | B540024 | |
| filter column | Bio-Rad | 7326165 | Freeze 'N Squeeze column |
| AFM | Bruker | Dimension FastScan | |
| PEG8000 | BBI | A100159 | |
| Mica | Ted Pella | BP50 | |
| triangular AFM probe in air | Bruker | FastScan-C | |
| triangular AFM probe in fulid | Bruker | ScanAsyst-fluid+ | |
| DNA strands | Sangon |
Riferimenti
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