Polímeros semiflexível exibem propriedades mecânicas únicas que são aplicadas extensivamente por sistemas de viver. No entanto, estudos sistemáticos sobre biopolímeros são limitados desde propriedades tais como a rigidez do polímero são inacessíveis. Este manuscrito descreve como esta limitação é contornada por nanotubos de DNA programáveis, permitindo estudos experimentais sobre o impacto da rigidez do filamento.
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Artigo de método
Nanotubos de DNA como uma ferramenta versátil para estudar semiflexível polímeros
* These authors contributed equally
Neste artigo
Resumo
Resumo
Propriedades mecânicas da matéria mole complexa, à base de polímero, tais como células ou redes de biopolímero, podem ser entendidas em nem o quadro clássico de polímeros flexíveis nem de hastes rígidas. Filamentos subjacentes permanecem estendidos devido a sua rigidez de espinha dorsal não desaparecendo, que é quantificada através do comprimento de persistência (l.p), mas eles também estão sujeitos a fortes flutuações térmicas. Sua rigidez de flexão finito leva a mecânica coletiva única, não-trivial de redes em massa, permitindo a formação de andaimes estáveis em frações de baixo volume, proporcionando grande malha tamanhos. Este princípio subjacente é prevalente na natureza (por exemplo, em células ou tecidos), minimizando o alto teor molecular e facilitando difusiva ou transporte ativo. Devido a suas implicações biológicas e potenciais aplicações tecnológicas em hidrogel biocompatível, semiflexível polímeros têm sido objecto de estudo considerável. No entanto, investigações compreensíveis permaneceram desafiadoras desde que eles dependiam de polímeros naturais, tais como os filamentos de actina, que não são livremente ajustáveis. Apesar dessas limitações e devido à falta de polímeros sintéticos, mecanicamente ajustáveis e semiflexível, filamentos de actina estabeleceram-se como sistema comum de modelo. Uma grande limitação é que a quantidade central lp não pode ser livremente ajustado para estudar seu impacto nas estruturas macroscópicas em massa. Esta limitação foi resolvida empregando estruturalmente programáveis nanotubos de DNA, permitindo a alteração controlada de rigidez do filamento. Eles são formados por projetos baseados em azulejo, onde um conjunto discreto de costas parcialmente complementares cruzar em uma estrutura em anel com uma circunferência discreta. Estes anéis apresentam extremidades pegajosas, permitindo a efetiva polimerização em filamentos vários microns de comprimento e exibir semelhante cinética de polimerização como biopolímeros naturais. Devido à sua mecânica programável, estes tubos são ferramentas versátil, a novela para estudar o impacto da lp a único-molécula, bem como a escala em massa. Em contraste com os filamentos de actina, eles permanecem estáveis durante semanas, sem degeneração notável, e sua manipulação é comparativamente simples.
Introdução
Devido os comportamentos complexos habilitados por suas propriedades mecânicas únicas, semiflexível polímeros são blocos de construção fundamentais da matéria viva. Em contraste com polímeros flexíveis, polímeros semiflexível adotam uma configuração estendida devido a sua rigidez de espinha dorsal não desaparecendo enquanto ainda permanecem sujeitas a fortes flutuações térmicas1. Assim, modelos estocásticos puramente não podem ser aplicados a seus comportamentos, como com os extremos de polímeros totalmente flexíveis ou rígidos. A cadeia de tipo worm chamado modelo2,3,
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Protocolo
1. preparação de n HTs
Nota: aqui, n denota o número de diferentes cadeias de DNA simples envolvidos na formação dos tubos de um determinado tamanho de hélice. Para n = 8, oito diferentes cadeias de DNA simples compõem um anel unidade.
- Sequências de DNA de compra (grau de pureza HPLC ou superior) de uma síntese de DNA adequada para o serviço ou realizar a síntese de alta qualidade e purificação (sequências exemplares indicadas na tabela 1).
- Oligonucleotides Ressuspender liofilizado em água purificada e siga a ressuspensão mais passos indicados no manual correspondente da comp....
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Resultados
A montagem dos nanotubos de DNA através de uma rampa de temperatura (Figura 2) é um método muito confiável para formar estes polímeros semiflexível artificiais. Estes polímeros têm características comparáveis aos seus homólogos naturais, tais como os filamentos de actina, mas fornecem um quadro experimental muito mais amplo, uma vez que suas propriedades mecânicas podem ser botija alterado9,27 . Como .......
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Discussão
Para obter corretamente formadas redes, reunir os nanotubos de DNA é um passo crucial. Erros durante o processo de síntese impactar negativamente a qualidade do tubo; Portanto, é recomendável que ser usado para purificar os oligonucleotides HPLC ou um processo mais rigoroso. Desde que a formação de discretos ao invés de agregados nanotubos de DNA, bem como sua distribuição de comprimento, depende da estequiometria equimolar dos oligonucleotides constituintes n dentro do conjunto, é necessário para remeasure as c.......
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Divulgações
Os autores não têm nada para divulgar.
Agradecimentos
Reconhecemos que o financiamento pelo DFG (1116/17-1) e da escola de Leipzig de ciências naturais "BuildMoNa" (GSC 185). Este trabalho foi apoiado através do projeto de Fraunhofer atrair 601 683. T. H. reconhece que o financiamento do Fundo Social Europeu (FSE-100077106).
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| AFM cantilever, ACTA | AppNano | ||
| NanoWizard 3 | JPK | ||
| Andor | iXon DV887 | ||
| DMSO | Sigma-Aldrich | D2650 | |
| oligonucleotídeos do ADN | Biomers.net | Para sequências, veja a tabela 1 | |
| Oligonucleotídeos Cy3-marcados com ADN | Biomers.net | Para a sequência, consulte a Tabela 1 | |
| EDTA | Sigma-Aldrich | E-9884 | |
| Microscópio de epifluorescência | Leica | DM-IRB | |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | M-8266 | |
| Mica "V1", 12 mm redondo | Plano GmbH | 50-12 | |
| MicroAmp® Placa de reação óptica rápida de 96 poços | Thermo Fisher Scientific Inc. | ||
| MicroAmp® Filme Adesivo Óptico | Thermo Fisher Scientific Inc. | ||
| Espectrofotômetro NanoDrop 1000 | Thermo Fisher Scientific Inc. | ||
| Objetiva 100x | Leica5 | 506168 | |
| Água purificada | Merk Millipore - Milli-Q & Tubos de PCR Elix | ||
| Sapphire | Greiner Bio-One | 683271 | |
| TProfessional Standard PCR Thermocycler | Core Life Sciences Inc. | 070- Sistema de PCR em | |
| 7900HT | Applied Biosystems | 4351405 | |
| Reômetro | TA Instruments | ARES | |
| SYBR® Coloração de gel de ácido nucleico verde I | Thermo Fisher Scientific Inc. | S7567 | |
| Tris | Sigma-Aldrich | T4661 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich Co. | X-100 | Suprime a evaporação da amostra na interface ar-água |
Referências
- Huber, F., et al. Emergent complexity of the cytoskeleton: from single filaments to tissue. Adv Phys. 62 (1), 1-112 (2013).
- Kratky, O., Porod, G. Röntgenuntersuchung gelöster Fadenmoleküle. Recl Trav Chim Pays-Bas. 68 (12), 1106-1122 (1949).
- Saitô, N., Takahashi, K., Yunoki, Y.
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Reimpressões e permissões
