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基于DNA反应网络的动态控制中心用于DNA纳米结构的可编程构建

A Dynamic Control Center Based on a DNA Reaction Network for Programmable Building of DNA Nanostructures.

作者信息

Chen Fengming, Wang Dan, He Lei, Liu Yihao, Du Yulin, Guo Zhenzhen, He Shuoyao, Wang Zhimin, Zhang Jing, Lyu Yifan, Tan Weihong

机构信息

Molecular Science and Biomedicine Laboratory (MBL), State Key Laboratory of Chemo/Biosensing and Chemometrics, College of Chemistry and Chemical Engineering, College of Biology, Aptamer Engineering Center of Hunan Province, Hunan University, Changsha, Hunan 410082, China.

Zhejiang Cancer Hospital, Hangzhou Institute of Medicine (HIM), Chinese Academy of Sciences, Hangzhou, Zhejiang 310022, China.

出版信息

ACS Nano. 2023 Apr 11;17(7):6615-6626. doi: 10.1021/acsnano.2c12360. Epub 2023 Mar 28.

DOI:10.1021/acsnano.2c12360
PMID:36975098
Abstract

DNA-based nanostructures allow for complex self-assembly with nanometer precision through the specificity of Watson-Crick base pairing, but network behavior-directed control of the kinetic process is less studied. Here we show how the DNA reaction network (DRN), which has emerged as a reliable and programmable way to implement artificial network dynamics, can be built as the control center of programmable nanostructures, allowing spatiotemporal control over the dynamic behavior of DNA nanotubes. We chose a common network motif in biological control systems, the feed-forward loop, as the model network and demonstrated that dynamic behaviors, such as self-tuning control and multilayer hierarchical assembly, could be programmed by constructing an inhibition network and an excitation network, separately, in buffer solution and inside protocells.

摘要

基于DNA的纳米结构能够通过沃森-克里克碱基配对的特异性实现具有纳米精度的复杂自组装,但对动力学过程的网络行为导向控制的研究较少。在这里,我们展示了作为实现人工网络动力学的一种可靠且可编程方式而出现的DNA反应网络(DRN),如何被构建为可编程纳米结构的控制中心,从而实现对DNA纳米管动态行为的时空控制。我们选择了生物控制系统中一种常见的网络基序——前馈回路作为模型网络,并证明了诸如自整定控制和多层分级组装等动态行为,可以通过在缓冲溶液和原始细胞内部分别构建抑制网络和激发网络来进行编程。

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