樊春海团队:DNA自组装晶体结晶动力学调控研究取得进展
日期:2024-03-12 阅读:10355

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上海交通大学化学化工学院樊春海院士,刘小果副教授近期发展了一种5-甲基胞嘧啶修饰(5mC)以程序调控DNA自组装晶体结晶动力学的策略。该方法可通过设计5mC修饰的位置和数量来调节DNA自组装晶体的结晶动力学,从而调控晶体的结构。研究团队利用单分子荧光技术详细阐释了DNA杂交动力学主导的调控机制。该成果以Programming Crystallization Kinetics of self-assembled DNA Crystals with 5-Methylcytosine Modification为题,近日发表于《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America),陈杰林博士后为论文第一作者。

DNA自组装晶体是利用DNA分子自组装形成的具有原子级别空间和信息精度的特殊晶体结构。DNA自组装晶体由于其高孔隙度和高密集度的特性在物质分离和DNA数据存储等领域具有广阔的应用前景。得益于DNA纳米技术的发展,DNA原子级修饰的精确可设计性和可操作性为DNA自组装晶体的精确组装与调控提供了强大的工具。已有若干研究发现,DNA组装基元序列和碱基层面的设计可以影响DNA自组装晶体的生长,然而,在不改变DNA序列设计的前提下,如何程序调控DNA自组装晶体的结构仍具有挑战。

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图1. 基于5mC修饰调控的DNA自组装晶体各向异性生长,比例尺,100微米。

为了解决这一挑战性问题,研究团队对DNA张力三角基元粘性末端进行了5mC修饰,实现了对DNA自组装晶体结晶动力学和宏观生长习性的精准调控(图1)。为了揭示这一现象背后的机制,研究团队利用了DNA-PAINT技术,在分子反应层面揭示了5mC修饰会增强DNA双链的杂交亲和力,加快粘性末端杂交的反应速率,促进DNA自组装晶体基元之间的结合,从而加速DNA自组装晶体成核和结晶速率。基于这一原理,研究团队进一步展示了特定轴向上的5mC修饰可用于调控DNA自组装晶体的优势生长方向,获得具有可控形貌特征的DNA自组装晶体。

这项工作依托于转化医学国家重大科技基础设施,得到了国家自然科学基金委基础科学中心项目、国家优秀青年科学基金、国家重点研发计划等项目的资助和上海同步辐射光源的支持。

文章链接:https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2312596121


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