DNA折り紙の折り畳みを新しい動的モデルで捉える(Capturing DNA Origami Folding with a New Dynamic Model)

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2024-04-17 デューク大学(Duke)

DNAナノテクノロジーの技術の一つである「DNA折り紙」は、特定の形状にDNAを折りたたむ方法で、ナノスケールデバイスの製作に利用されます。しかし、この折りたたみプロセスは複雑であり、その詳細は完全には解明されていません。Duke大学のアーリャ教授とデルーカ博士課程の学生は、このプロセスを模倣するために新しいモデルを開発しました。彼らの方法では、各核酸塩基を個別にシミュレートする代わりに、8つの核酸のグループの挙動を考慮しています。これにより、大規模なシミュレーションが可能となり、DNA折り紙の折りたたみ動態のより良い理解が得られることが期待されます。

<関連情報>

DNA折り紙の折り畳みのメカニズムがメゾスコピックシミュレーションによって解明される Mechanism of DNA origami folding elucidated by mesoscopic simulations

Marcello DeLuca,Daniel Duke,Tao Ye,Michael Poirier,Yonggang Ke,Carlos Castro & Gaurav Arya
Nature Communications  Published:08 April 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-46998-y

DNA折り紙の折り畳みを新しい動的モデルで捉える(Capturing DNA Origami Folding with a New Dynamic Model)

Abstract

Many experimental and computational efforts have sought to understand DNA origami folding, but the time and length scales of this process pose significant challenges. Here, we present a mesoscopic model that uses a switchable force field to capture the behavior of single- and double-stranded DNA motifs and transitions between them, allowing us to simulate the folding of DNA origami up to several kilobases in size. Brownian dynamics simulations of small structures reveal a hierarchical folding process involving zipping into a partially folded precursor followed by crystallization into the final structure. We elucidate the effects of various design choices on folding order and kinetics. Larger structures are found to exhibit heterogeneous staple incorporation kinetics and frequent trapping in metastable states, as opposed to more accessible structures which exhibit first-order kinetics and virtually defect-free folding. This model opens an avenue to better understand and design DNA nanostructures for improved yield and folding performance.

生物工学一般
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