DNA自组装晶体结晶动力学调控研究取得进展

　　

DNA自组装晶体结晶动力学调控研究取得进展

 

        中国科学院上海高等研究院国家蛋白质科学研究（上海）设施用户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》。

       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。

 

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。

        这项工作利用蛋白质设施BL17B线站和BL19U1线站完成单晶衍射测试。该测试为本研究成果提供了重要支持。