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耗散控制对引发子介导的 DNA 链置换反应的调控

Dissipative Control over the Toehold-Mediated DNA Strand Displacement Reaction.

机构信息

Department of Chemistry, University of Rome Tor Vergata, Via della Ricerca Scientifica, 00133, Rome, Italy.

Molecular Biophysics Group, Peter Debye Institute for Soft Matter Physics, Universität Leipzig, 04103, Leipzig, Germany.

出版信息

Angew Chem Int Ed Engl. 2022 Jun 7;61(23):e202201929. doi: 10.1002/anie.202201929. Epub 2022 Apr 5.

DOI:10.1002/anie.202201929
PMID:35315568
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9324813/
Abstract

Here we show a general approach to achieve dissipative control over toehold-mediated strand-displacement, the most widely employed reaction in the field of DNA nanotechnology. The approach relies on rationally re-engineering the classic strand displacement reaction such that the high-energy invader strand (fuel) is converted into a low-energy waste product through an energy-dissipating reaction allowing the spontaneous return to the original state over time. We show that such dissipative control over the toehold-mediated strand displacement process is reversible (up to 10 cycles), highly controllable and enables unique temporal activation of DNA systems. We show here two possible applications of this strategy: the transient labelling of DNA structures and the additional temporal control of cascade reactions.

摘要

在这里,我们展示了一种实现对引发链置换的耗散控制的通用方法,引发链置换是 DNA 纳米技术领域中应用最广泛的反应。该方法依赖于合理地重新设计经典的链置换反应,使得高能入侵链(燃料)通过耗散反应转化为低能废物,从而随着时间的推移自发地回到原始状态。我们表明,这种对引发链置换过程的耗散控制是可逆的(最多可达 10 个循环),具有高度可控性,并能够对 DNA 系统进行独特的时间激活。我们在这里展示了该策略的两种可能应用:DNA 结构的瞬时标记和级联反应的额外时间控制。

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