DNA折紙片瞬時(shí)綁定的單分子動(dòng)力學(xué)及超分辨熒光顯微研究
（論文部分內(nèi)容摘抄）
DNA折紙是一種可編程組裝納米分子結(jié)構(gòu)的有效方法。對(duì)于這些結(jié)構(gòu)作為功能性生物材料的應(yīng)用，實(shí)時(shí)和高空間分辨率的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和動(dòng)態(tài)過程的研究變得越來越重要。我們提出了一個(gè)單分子分析的DNA折紙結(jié)合和解除結(jié)合動(dòng)力學(xué)的研究。我們發(fā)現(xiàn)DNA折紙上的雜交到單鏈延伸的動(dòng)力學(xué)類似于孤立的基底固定化的DNA，但略微依賴于折紙的位置。 在動(dòng)力學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，我們開發(fā)了標(biāo)記的寡核苷酸與DNA納米結(jié)構(gòu)的可逆特異結(jié)合，用于分辨率<30 nm的折紙(納米地形成像點(diǎn)積累)成像。該方法被證明為扁平的單體DNA結(jié)構(gòu)以及多聚體帶狀DNA結(jié)構(gòu)。
近年來，DNA納米技術(shù)的研究領(lǐng)域已成為一個(gè)熱點(diǎn)。DNA折紙術(shù)的發(fā)明帶來了革命性的變化技術(shù)，它使分子工程師建造二維甚至三維的結(jié)構(gòu)。
幾乎任何任意形狀。對(duì)于作為功能化的應(yīng)用程序材料-作為合成生物系統(tǒng)的基礎(chǔ)或作為人工分子機(jī)器平臺(tái)-動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)這些納米級(jí)支架上的凹槽越來越很重要。DNA折紙技術(shù)是基于數(shù)百條短合成DNA主鏈與長(zhǎng)單鏈DNA支架分子的序列特異性結(jié)合，例如，噬菌體的長(zhǎng)單鏈DNA基因組。主鏈和支架鏈之間的雜化使支架折疊成二維或三維結(jié)構(gòu)，其形狀可通過選擇主鏈序列來指定。所得到的結(jié)構(gòu)可以被尋址，即功能化，具有納米級(jí)的精度。由于DNA折紙結(jié)構(gòu)允許將小分子、蛋白質(zhì)、適配體或納米顆粒組織成指定的幾何形狀，它們代表了分子計(jì)算、人工分子機(jī)器、分子裝配線納米機(jī)器人和工廠的有前途的支架。這樣的應(yīng)用意味著動(dòng)態(tài)過程并需要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)功能成像，具有高空間分辨率。監(jiān)測(cè)這些過程的一個(gè)很好的工具是單分子熒光。
在這里，我們介紹了一種單分子測(cè)定法，用于動(dòng)態(tài)結(jié)合和解離短熒光標(biāo)記的DNA寡核苷酸到單鏈對(duì)接鏈。例如，從DNA納米結(jié)構(gòu)中提取。我們使用該方法測(cè)定動(dòng)力學(xué)速率和各種參數(shù)，如對(duì)接鏈長(zhǎng)度、濃度、溫度和納米結(jié)構(gòu)上的結(jié)合位點(diǎn)位置，從而獲得簡(jiǎn)單的DNA納米結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)過程的設(shè)計(jì)規(guī)則。
為了證明DNA-折紙的可調(diào)性，我們使用不同的成像鏈來滿足圖中的不同成像要求。對(duì)于標(biāo)記密度最高的聚物，我們選擇了一個(gè)長(zhǎng)的對(duì)接序列，用于短的。我們?cè)谶@里使用的PCO相機(jī)幀速率50fps的圖像采集，最大限度地減少漂移的影響。我們使用了每三個(gè)染料分子的較小標(biāo)記密度。這降低的同時(shí)存在多個(gè)發(fā)射體的可能性。對(duì)于精確的距離測(cè)量，需要更長(zhǎng)的綁定事件。因此我們選擇了一個(gè)成像器/對(duì)接雙工和略低的30fps的攝像機(jī)幀速率。
作為該方法的一種應(yīng)用，我們研究了結(jié)合動(dòng)力學(xué)在幾種 DNA 折紙基板上的位置依賴性。我們發(fā)現(xiàn)，折紙結(jié)構(gòu)上的動(dòng)力學(xué)存在輕微的空間異質(zhì)性，這與之前在溶液中獲得的值一致。我們進(jìn)一步將該檢測(cè)方法發(fā)展為超分辨率顯微鏡技術(shù)(DNA-折紙)該技術(shù)利用了熒光標(biāo)記的 DNA 成像鏈與 DNA 停靠鏈的瞬態(tài)結(jié)合，因此非常適合用于 DNA折紙等基于DNA 的納米結(jié)構(gòu)的表征。
DNA-折紙是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的技術(shù)，無需進(jìn)一步修改便可輕松地在任何敏感的廣場(chǎng)熒光顯微鏡上實(shí)現(xiàn)。獲取的數(shù)據(jù)可以很容易地進(jìn)行分析和可視化，使用一個(gè)自由的。
德國Excelitas PCO公司的CCD相機(jī)，具備高分辨率、高感光度、極短間隔時(shí)間成像的優(yōu)點(diǎn)，將高速實(shí)驗(yàn)過程完美記錄，為實(shí)驗(yàn)提供強(qiáng)而有力的圖像數(shù)據(jù)支持。
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