एकल असहाय डीएनए टाइलें से जटिल दो आयामी आकार की आत्म विधानसभा
Summary
DNA tiling is an effective approach to make programmable nanostructures. We describe the protocols to construct complex two-dimensional shapes by the self-assembly of single-stranded DNA tiles.
Abstract
Current methods in DNA nano-architecture have successfully engineered a variety of 2D and 3D structures using principles of self-assembly. In this article, we describe detailed protocols on how to fabricate sophisticated 2D shapes through the self-assembly of uniquely addressable single-stranded DNA tiles which act as molecular pixels on a molecular canvas. Each single-stranded tile (SST) is a 42-nucleotide DNA strand composed of four concatenated modular domains which bind to four neighbors during self-assembly. The molecular canvas is a rectangle structure self-assembled from SSTs. A prescribed complex 2D shape is formed by selecting the constituent molecular pixels (SSTs) from a 310-pixel molecular canvas and then subjecting the corresponding strands to one-pot annealing. Due to the modular nature of the SST approach we demonstrate the scalability, versatility and robustness of this method. Compared with alternative methods, the SST method enables a wider selection of information polymers and sequences through the use of de novo designed and synthesized short DNA strands.
Introduction
5,8,10 – – पिछले न्यूक्लिक एसिड विधानसभा स्वयं काम 1-25 डीएनए 2 सहित जटिल संरचनाओं की एक किस्म के सफल निर्माण के लिए प्रेरित किया 13,17,23 या शाही सेना 7,22 आवधिक 3,4,7, 22 और एल्गोरिथम 5 दो आयामी lattices, रिबन 10,12 और ट्यूबों 4,12,13, 3 डी क्रिस्टल 17 के polyhedra 11 और परिमित, 2 डी 7,8 आकार। 16,18 – – 21,25 एक भी पाड़ कतरा एक जटिल आकार 9,14 फार्म करने के लिए कई छोटी सहायक प्रधान किस्में द्वारा जोड़ रहा है जिससे एक विशेष रूप से प्रभावी तरीका है, डीएनए origami scaffolded है।
हमने हाल ही में एकल असहाय टाइल (एसएसटी) का उपयोग निर्धारित 2 डी आकार के साथ असतत nanostructures के निर्माण के लिए एक विधि की सूचना दी, और डीएनए origami 26 के लिए तुलनीय जटिलता के साथ संरचनाओं का प्रदर्शन किया। इस articlई हमारे पहले काम 26 का रूपांतरण है और ठीक निर्धारित आयाम (चौड़ाई और लंबाई) और morphologies के साथ परिष्कृत परिमित 2 डी आकार में व्यक्तिगत पता SSTS की व्यवस्था के लिए प्रोटोकॉल विस्तृत वर्णन करता है। एसएसटी विधि का एक प्रमुख लाभ अपने प्रतिरूपकता है। एक संरचना के हर घटक एसएसटी विधानसभा में एक मॉड्यूलर निर्माण इकाई के रूप में कार्य करता है, और इन SSTS के विभिन्न सबसेट अलग आकृतियों का उत्पादन। इस प्रकार, हम कम, सिंथेटिक डीएनए किस्में से निर्धारित आकार और आकार के साथ nanostructures के निर्माण करने के लिए एक सामान्य मंच की स्थापना की।
SSTS चार डोमेन, प्रत्येक 10 या 11 न्यूक्लियोटाइड लंबे समय (चित्रा 1 ए) के होते हैं। SSTS उनके समानांतर helices विदेशी संबंधों से एक साथ आयोजित एक डीएनए जाली बनाने के लिए ऐसी है कि बाँध। प्रत्येक विदेशी डोमेन के 2 और 3 फॉस्फेट दृश्य स्पष्टता के लिए चित्र में कृत्रिम रूप से बढ़ाया है के बीच फॉस्फेट है। क्रॉसओवर <(अलावा दो पेचदार बदल जाता है (21 कुर्सियां) स्थान दिया गया हैमजबूत> चित्रा 1 बी)। समग्र आयतों helices और पेचदार घुमावों की संख्या में उनके आयामों द्वारा भेजा जाता है। उदाहरण के लिए, एक आयत छह helices व्यापक है और आठ पेचदार 8T आयत × एक 6H के रूप में संदर्भित है लंबे समय बदल जाता है। SSTS, बाहर छोड़ गयी, या अन्यथा मनमाना आकृति और आकार (चित्रा 1C) की संरचना बनाने के लिए पुन: व्यवस्थित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक आयताकार डिजाइन एक वांछित लंबाई और त्रिज्या (चित्रा -1) के साथ एक ट्यूब में लुढ़का जा सकता है।
वैकल्पिक रूप से, आयताकार एसएसटी जाली एसएसटी पिक्सल से बना एक आणविक कैनवास, 7 एनएम द्वारा प्रत्येक 3 एनएम के रूप में देखा जा सकता है। इस अध्ययन में, हम 310 पूर्ण लंबाई आंतरिक SSTS की एक आणविक कैनवास का उपयोग करें, बाएँ और दाएँ सीमाओं को बनाने में 24 पूर्ण लंबाई SSTS, और ऊपर और नीचे की सीमाओं के गठन 28 आधा लंबाई SSTS। कैनवास क्रॉसओवर से जुड़े 24 डबल helices है और प्रत्येक हेलिक्स 28 पेचदार बदल जाता है (294 कुर्सियां) शामिल है और इसलिए के रूप में जाना जाता है28T आयताकार कैनवास × एक 24H। 28T कैनवास × 24 एक M13 के फेज पाड़ से बनाए गए एक डीएनए origami संरचना के समान एक आणविक भार है।
Protocol
Representative Results
Discussion
संरचना के गठन चरण में, यह स्वयं को इकट्ठा डीएनए nanostructures के लिए डीएनए किनारा मिश्रण में (उदाहरण के लिए।, 15 मिमी) मैग्नीशियम फैटायनों का एक उपयुक्त एकाग्रता बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है। इसी तरह, agarose जेल …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम के नौसेना अनुसंधान युवा अन्वेषक कार्यक्रम पुरस्कार N000141110914, नौसेना अनुसंधान अनुदान N000141010827 के कार्यालय, NSF कैरियर अवार्ड CCF1054898, एनआईएच निदेशक नई अन्वेषक पुरस्कार 1DP2OD007292 के कार्यालय और (PY तक) Biologically प्रेरित होकर इंजीनियरिंग संकाय स्टार्टअप कोष के लिए एक Wyss संस्थान द्वारा वित्त पोषित किया गया था और सिंघुआ-पेकिंग (BW के लिए) लाइफ साइंसेज स्टार्टअप फंड के लिए केंद्र।
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| DNA Strands | Integrated DNA Technology | Section 3.1 | |
| SYBR Safe DNA gel stain | Invitrogen | S33102 | Section 3.4.2 |
| Freeze'N Squeeze DNA Gel Extraction Spin Columns | BIO-RAD | 731-6166 | Section 3.6 |
| Bruker's Sharp Nitride Lever Probes | Bruker AFM Probes | SNL10 | Section 4.3 |
| Safe Imager 2.0 Blue Light Transilluminator | Invitrogen | G6600 | Section 3.6 |
| Centrifuge 5430R | Eppendorf | 5428 000.414 | Section 3.6 |
| Transmission Electron Microscope | Jeol | Jem 1400 | Section 7.4 |
| Multimode 8 | Veeco | Section 4 | |
| Typhoon FLA 9000 Laser Scanner | GE Heathcare Life Sciences | 28-9558-08 | Section 3.5 |
| Ultrapure Distilled water | Invitrogen | 10977-023 | Section 3.7.1 |
| Mica disk | SPI Supplies | 12001-26-2 | Section 4.1 |
| Steel mounting disk | Ted Pella, Inc. | 16218 | Section 4.1 |
| carbon coated copper grid for TEM | Electron Microscopy Sciences | FCF400-Cu | Section 7.2 |
| tweezers | Dumont | 0203-N5AC-PO | Section 7.31 |
| glow discharge system | Quorum Technologies | K100X | Section 7.2 |
| DNA Engine Tetrad 2 Peltier Thermal Cycler | 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, Ready-To-Use 75-20000bp | ThermoScientific | SM1333 | Section 3.4.4 |
| Nanodrop 2000c UV-vis Spectrophotometer | ThermoScientific | Section 3.7 | |
| 0.2 um filter | Corning Inc. | 431219 | Section 7.1.2 |
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