樊春海團(tuán)隊(duì)：DNA自組裝晶體結(jié)晶動(dòng)力學(xué)調(diào)控研究取得進(jìn)展
日期：2024-03-12
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上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院樊春海院士，劉小果副教授近期發(fā)展了一種5-甲基胞嘧啶修飾（5mC）以程序調(diào)控DNA自組裝晶體結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的策略。該方法可通過設(shè)計(jì)5mC修飾的位置和數(shù)量來調(diào)節(jié)DNA自組裝晶體的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，從而調(diào)控晶體的結(jié)構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)利用單分子熒光技術(shù)詳細(xì)闡釋了DNA雜交動(dòng)力學(xué)主導(dǎo)的調(diào)控機(jī)制。該成果以Programming Crystallization Kinetics of self-assembled DNA Crystals with 5-Methylcytosine Modification為題，近日發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America），陳杰林博士后為論文第一作者。
DNA自組裝晶體是利用DNA分子自組裝形成的具有原子級別空間和信息精度的特殊晶體結(jié)構(gòu)。DNA自組裝晶體由于其高孔隙度和高密集度的特性在物質(zhì)分離和DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。得益于DNA納米技術(shù)的發(fā)展，DNA原子級修飾的精確可設(shè)計(jì)性和可操作性為DNA自組裝晶體的精確組裝與調(diào)控提供了強(qiáng)大的工具。已有若干研究發(fā)現(xiàn)，DNA組裝基元序列和堿基層面的設(shè)計(jì)可以影響DNA自組裝晶體的生長，然而，在不改變DNA序列設(shè)計(jì)的前提下，如何程序調(diào)控DNA自組裝晶體的結(jié)構(gòu)仍具有挑戰(zhàn)。
圖1. 基于5mC修飾調(diào)控的DNA自組裝晶體各向異性生長，比例尺，100微米。
為了解決這一挑戰(zhàn)性問題，研究團(tuán)隊(duì)對DNA張力三角基元粘性末端進(jìn)行了5mC修飾，實(shí)現(xiàn)了對DNA自組裝晶體結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和宏觀生長習(xí)性的精準(zhǔn)調(diào)控（圖1）。為了揭示這一現(xiàn)象背后的機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)利用了DNA-PAINT技術(shù)，在分子反應(yīng)層面揭示了5mC修飾會(huì)增強(qiáng)DNA雙鏈的雜交親和力，加快粘性末端雜交的反應(yīng)速率，促進(jìn)DNA自組裝晶體基元之間的結(jié)合，從而加速DNA自組裝晶體成核和結(jié)晶速率?；谶@一原理，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步展示了特定軸向上的5mC修飾可用于調(diào)控DNA自組裝晶體的優(yōu)勢生長方向，獲得具有可控形貌特征的DNA自組裝晶體。
這項(xiàng)工作依托于轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，得到了國家自然科學(xué)基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助和上海同步輻射光源的支持。
文章鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2312596121
