Смещение нитей, опосредованное опорой
Смещение цепи, опосредованное фиксацией (TMSD), представляет собой безэнзимный молекулярный инструмент для обмена одной цепи ДНК или РНК (выход) на другую цепь (вход). Он основан на гибридизации двух комплементарных цепей ДНК или РНК посредством спаривания оснований Уотсона-Крика (AT/U и CG) и использует процесс, называемый миграцией ветвей . [ 1 ] Хотя миграция ветвей известна научному сообществу с 1970-х годов, TMSD не применялась в области нанотехнологий ДНК до 2000 года, когда Yurke et al. был первым, кто воспользовался преимуществами TMSD. [ 1 ] [ 2 ] Он использовал эту технику, чтобы открывать и закрывать набор пинцетов ДНК, состоящих из двух спиралей ДНК, используя вспомогательную цепь ДНК в качестве топлива. [ 1 ] [ 3 ] С момента своего первого использования метод был модифицирован для создания автономных молекулярных двигателей, каталитических усилителей, перепрограммируемых наноструктур ДНК и молекулярных логических вентилей . [ 3 ] [ 4 ] Его также использовали в сочетании с РНК для производства кинетически управляемых рибосенсоров. [ 5 ] TMSD начинается с двухцепочечного комплекса ДНК, состоящего из исходной цепи и защитной цепи. [ 2 ] Исходная цепь имеет выступающую область, так называемую «фиксацию», которая комплементарна третьей цепи ДНК, называемой «вторгающейся цепью». Вторгающаяся цепь представляет собой последовательность одноцепочечной ДНК (оцДНК), которая комплементарна исходной цепи. [ 3 ] [ 2 ] Области опоры инициируют процесс TMSD, позволяя комплементарной вторгающейся цепи гибридизоваться с исходной цепью, создавая комплекс ДНК, состоящий из трех нитей ДНК. [ 3 ] [ 6 ] Этот начальный эндотермический этап ограничивает скорость. [ 1 ] и может быть настроен путем изменения силы (длины и состава последовательности, например, цепей, богатых GC или AT) опорной области. [ 3 ] Возможность настраивать скорость смещения цепи в диапазоне 6 порядков составляет основу этого метода и позволяет осуществлять кинетический контроль устройств ДНК или РНК. [ 4 ] После того, как произошло связывание вторгающейся цепи и исходной цепи, миграция ветвей вторгающегося домена позволяет сместить исходную гибридизованную цепь (защитную цепь). [ 1 ] Защитная нить может обладать собственной уникальной точкой опоры и, следовательно, сама может превратиться в вторгающуюся нить, запуская каскад смещения нитей . [ 2 ] [ 4 ] [ 7 ] Весь процесс энергетически выгоден, и хотя обратная реакция может произойти, ее скорость на 6 порядков медленнее. [ 4 ] Дополнительный контроль над системой смещения цепей, опосредованного опорной точкой, может быть введен путем секвестрации опорной точки. [ 4 ] [ 8 ] [ 9 ]
Несколько иной вариант смещения цепи также был введен с использованием фермента полимеразы, замещающей цепь. [ 10 ] [ 11 ] В отличие от TMSD, он использовал фермент полимеразу в качестве источника энергии и назывался смещением цепи на основе полимеразы. [ 11 ]
Секвестрирование точки опоры
[ редактировать ]Секвестрация опоры стопы — это метод «маскировки» области опоры стопы, обеспечивающий ее доступность. [ 4 ] [ 3 ] Есть несколько способов сделать это, но наиболее распространенными являются гибридизация точки опоры с комплементарной цепью. [ 7 ] или спроектировав область опоры так, чтобы она образовала петлю-шпильку . [ 12 ] Маскирование и демаскирование фиксирующих доменов вместе со способностью точно контролировать кинетику реакции делает опосредованное фиксирующим смещение цепей ценным инструментом в области нанотехнологий ДНК. [ 4 ] Более того, биосенсоры, основанные на реакции смещения цепи, опосредованной опорой, полезны для обнаружения одиночных молекул ДНК-мишеней и распознавания SNP. [ 13 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и Юрке, Бернард (2000). «Молекулярная машина, работающая на ДНК и сделанная из ДНК». Природа . 406 (6796): 605–8. дои : 10.1038/35020524 . ПМИД 10949296 . S2CID 2064216 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Дунбао; Сюй, Хуаго; Ли, Сян, Хаоцзюнь (2017). Го, Ицзюнь; Вэй, Сяо, Шиян; Яо , «Реакция смещения цепи» . Количественная биология . 5 (1): 25–41. doi : 10.1007/s40484-017-0097-2 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Чжан, Дэвид Ю; Зеилиг, Георг (2011). «Динамическая нанотехнология ДНК с использованием реакций смещения цепи». Природная химия . 3 (2): 103–13. дои : 10.1038/nchem.957 . ПМИД 21258382 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Чжан, Дэвид Ю; Уинфри, Эрик (2009). «Контроль кинетики смещения цепи ДНК с помощью замены точки опоры» (PDF) . Журнал Американского химического общества . 131 (47): 17303–17314. дои : 10.1021/ja906987s . ПМИД 19894722 .
- ^ Берк, Кассандра Р.; Спаркман-Ягер, Дэвид; Карозерс, Джеймс М. «Многосостоятельный дизайн кинетически управляемых рибосенсоров РНК-аптамеров» (PDF) . биоRxiv . биоRxiv . Проверено 30 октября 2018 г.
- ^ Юрке, Бернард; Миллис, Аллен П. (2003). «Использование ДНК для питания наноструктур». Генетическое программирование и развивающиеся машины . 4 (2): 111–122. дои : 10.1023/А:1023928811651 . S2CID 2933691 .
- ^ Перейти обратно: а б Чжан, Дэвид Ю (2007). «Инженерия энтропийных реакций и сетей, катализируемых ДНК» (PDF) . Наука . 318 (5853): 1121–1125. дои : 10.1126/science.1148532 . ПМИД 18006742 . S2CID 652695 .
- ^ Эшра, А.; Шах, С.; Сонг, Т.; Рейф, Дж. (2019). «Логические схемы на основе шпилек возобновляемой ДНК». Транзакции IEEE по нанотехнологиям . 18 : 252–259. arXiv : 1704.06371 . дои : 10.1109/TNANO.2019.2896189 . ISSN 1536-125Х . S2CID 71150274 .
- ^ Гарг, Судханшу; Шах, Шалин; Буй, Хиеу; Сун, Тяньци; Мохтар, Рим; Рейф, Джон (2018). «Возобновляемые, реагирующие на время цепи ДНК» . Маленький . 14 (33): 1801470. doi : 10.1002/smll.201801470 . ISSN 1613-6829 . ПМИД 30022600 .
- ^ Шах, Шалин; Ви, Жасмин; Сун, Тяньци; Сезе, Луис; Штраус, Карин ; Чен, Юань-Цзюэ; Рейф, Джон (27 мая 2020 г.). «Использование полимеразы, вытесняющей цепи, для программирования сетей химических реакций» . Журнал Американского химического общества . 142 (21): 9587–9593. дои : 10.1021/jacs.0c02240 . ISSN 0002-7863 . ПМИД 32364723 . S2CID 218504535 .
- ^ Перейти обратно: а б Шах, Шалин; Сун, Тяньци; Сун, Синь; Ян, Мин; Рейф, Джон (2019). Тачук, Крис; Лю, Ян (ред.). «Реализация произвольных CRN с использованием полимеразы, вытесняющей цепи» . ДНК-вычисления и молекулярное программирование . Конспекты лекций по информатике. 11648 . Чам: Springer International Publishing: 21–36. дои : 10.1007/978-3-030-26807-7_2 . ISBN 978-3-030-26807-7 . S2CID 198981357 .
- ^ Грин, Саймон Дж; Любрич, Даниэль; Терберфилд, Эндрю Дж (2006). «Шпильки ДНК: топливо для автономных ДНК-устройств» . Биофизический журнал . 91 (8): 2966–2975. CiteSeerX 10.1.1.601.6261 . дои : 10.1529/biophysj.106.084681 . ПМЦ 1578469 . ПМИД 16861269 .
- ^ Сапкота, К.; и др. (2019). «Одноэтапное обнаружение фемтомольной ДНК на основе FRET» . Датчики . 19 (16): 3495. дои : 10.3390/s19163495 . ПМК 6719117 . ПМИД 31405068 .