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DNA 折纸囊泡传感器,具有触发的单分子货物传递功能。

DNA Origami Vesicle Sensors with Triggered Single-Molecule Cargo Transfer.

机构信息

Department of Chemistry, Center for NanoScience, Ludwig-Maximilians-University, Butenandtstraße 5-13, 81377, Munich, Germany.

Interfaculty Centre for Bioactive Matter, Leipzig University, Deutscher Platz 5 (BBZ), 04103, Leipzig, Germany.

出版信息

Angew Chem Int Ed Engl. 2024 Dec 2;63(49):e202408295. doi: 10.1002/anie.202408295. Epub 2024 Oct 30.

DOI:10.1002/anie.202408295
PMID:39248369
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11586697/
Abstract

Interacting with living systems typically involves the ability to address lipid membranes of cellular systems. The first step of interaction of a nanorobot with a cell will thus be the detection of binding to a lipid membrane. Utilizing DNA origami, we engineered a biosensor with single-molecule Fluorescence Resonance Energy Transfer (smFRET) as transduction mechanism for precise lipid vesicle detection and cargo delivery. The system hinges on a hydrophobic ATTO647N modified single-stranded DNA (ssDNA) leash, protruding from a DNA origami nanostructure. In a vesicle-free environment, the ssDNA coils, ensuring high FRET efficiency. Upon vesicle binding to cholesterol anchors on the DNA origami, hydrophobic ATTO647N induces the ssDNA to stretch towards the lipid bilayer, reducing FRET efficiency. As the next step, the sensing strand serves as molecular cargo that can be transferred to the vesicle through a triggered strand displacement reaction. Depending on the number of cholesterols on the displacer strands, we either induce a diffusive release of the fluorescent load towards neighboring vesicles or a stoichiometric release of a single cargo-unit to the vesicle on the nanosensor. Ultimately, our multi-functional liposome interaction and detection platform opens up pathways for innovative biosensing applications and stoichiometric loading of vesicles with single-molecule control.

摘要

与活系统相互作用通常需要能够与细胞系统的脂质膜相互作用。因此,纳米机器人与细胞相互作用的第一步将是检测与脂质膜的结合。利用 DNA 折纸术,我们设计了一种生物传感器,其单分子荧光共振能量转移 (smFRET) 作为转导机制,用于精确的脂质囊泡检测和货物传递。该系统依赖于一个疏水 ATTO647N 修饰的单链 DNA (ssDNA) 项圈,从 DNA 折纸纳米结构中伸出。在没有囊泡的环境中,ssDNA 卷曲,确保高 FRET 效率。当囊泡与 DNA 折纸上的胆固醇锚结合时,疏水 ATTO647N 诱导 ssDNA 向脂质双层伸展,降低 FRET 效率。作为下一步,传感链作为分子货物,可以通过引发的链置换反应转移到囊泡中。根据置换链上胆固醇的数量,我们要么诱导荧光负载向邻近囊泡扩散释放,要么将单个货物单元以化学计量比释放到纳米传感器上的囊泡中。最终,我们的多功能脂质体相互作用和检测平台为创新的生物传感应用和单个分子控制的囊泡化学计量装载开辟了途径。

https://cdn.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/blobs/72f3/11586697/fc81f35b61e4/ANIE-63-e202408295-g001.jpg
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引用本文的文献

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Biosensors (Basel). 2025 Jun 20;15(7):398. doi: 10.3390/bios15070398.