Marie Rousseau Dans le monde des biomolécules, aucune n’est moreover emblématique ni additionally polyvalente que l’ADN. La nature utilise la fameuse double hélice pour stocker les strategies de toutes les formes vivantes.
Le domaine cherche à imiter l’entreprise créative de la character et même à étendre les possibilités de l’architecture de l’ADN au-delà de ce que la character a créé.
Dans une nouvelle étude, Hao Yan et ses collègues Nicholas Stephanopoulos et Petr Sulc explorent un élément de base utilisé dans la fabrication de nombreuses nanoformes d’ADN. Connu sous le nom de jonction Holliday,/75 000e de la largeur d’un cheveu humain).
“La vision originale de la nanotechnologie structurelle de l’ADN était de concevoir de manière rationnelle des cristaux 3D auto-assemblés avec des jonctions d’ADN”, a déclaré Yan. “Un motif structurel fondamental utilisé à cette fin était basé sur la portion de jonction Holliday.”
Les buildings tirent leur nom du biologiste moléculaire Robin Holliday, qui a proposé leur existence pour la première fois en 1964. Les jonctions Holliday jouent un rôle essentiel dans la nature, où elles sont impliquées dans un processus connu sous le nom de recombinaison homologue, une pressure motrice pour générer de nouvelles versions génétiques dans le vivant. des choses.
le stockage informatique, la biodétection et la régénération tissulaire.
concevant une myriade de formes nanoarchitecturales utiles, des nanorobots roulants et des araignées à ADN aux dispositifs de recherche et de destruction anticancéreux.
Les résultats montrent que l’efficacité d’une jonction Holliday donnée pour la design de nanoarchitectures cristallines dépend sensiblement non seulement de l’arrangement des quatre paires de nucléotides formant la jonction, mais également des séquences formant les quatre bras saillants de la jonction. Certaines séquences d’ADN agissent pour améliorer le processus de cristallisation de ces formes.
Le professeur Yan dirige le Biodesign Centre for Molecular Design and style and Biomimetics (BCMDB) et détient la chaire Milton D. Glick Distinguished Professorship à la School of Molecular Sciences (SMS) de l’ASU. Stephanopoulos et Sulc sont également membres du corps professoral de BCMDB et SMS.
Les résultats de la recherche, qui représentent la première étude systématique des jonctions de Holliday, ont récemment été publiés dans la revue Character Communications.
L’ADN s’avère être un matériau idéal pour concevoir et fabriquer des structures à l’échelle nanométrique. À cette fin, diverses nanoformes élaborées ont été construites à l’aide de blocs de building fondamentaux de l’ADN, l’un des furthermore populaires et des additionally utiles étant la jonction Holliday. Les cristaux d’ADN composés d’unités structurelles répétitives sont des ingrédients clés pour les programs nanotechnologiques, permettant des caractéristiques de conception polyvalentes et évolutives.
Le résultat de cette transformation est un échange de gènes entre les chromosomes maternels et paternels. Ce processus, connu sous le nom de recombinaison homologue. (Voir illustration.)
Tout d’abord, une paire d’hélices d’ADN double brin se côtoient. connue sous le nom d’invasion de brins, se produit lorsque les extrémités libres de chaque cassure easy brin se rejoignent, provoquant l’entrelacement des doubles brins initialement séparés.
Cette framework en forme de croix, qui relie les deux doubles brins d’ADN séparés, est la jonction Holliday. Dans les processus biologiques, la jonction est alors “résolue” lorsqu’une autre enzyme coupe la jonction Holliday de l’une des deux manières, les deux résultant en deux brins d’ADN séparés, qui diffèrent des brins d’origine parce que la jonction Holliday a introduit de nouveaux segments d’ADN dans les deux Double brin d’ADN.
Cette forme de recombinaison de l’ADN est un événement biologique universel de grande significance. Il agit simultanément pour préserver l’intégrité du génome par des mécanismes de réparation de l’ADN tout en générant une nouvelle variabilité, sans laquelle les organismes atteindraient bientôt une deadlock évolutive. La construction clé dans le brassage du paquet d’ADN lors de la division cellulaire est la jonction de Holliday.
Il a été noté moreover tard que le motif de jonction Holliday pourrait être utilisé comme un bloc de design puissant pour une multiplicité de structures d’ADN artificielles. Bien que les jonctions de Holliday se produisant lors de la division cellulaire puissent glisser le prolonged de la longueur de l’ADN, dans un processus connu sous le nom de migration de branche, les jonctions utilisées pour construire des nanostructures d’ADN sont immobilisées motor vehicle les séquences qui les flanquent ne sont pas complémentaires.
“La première jonction Holliday immobile a été décrite en 1982, et cette séquence a depuis été utilisée exclusivement dans les cristaux d’ADN à vehicle-assemblage”, a déclaré Chad Simmons. “Notre travail a cherché à changer ce paradigme en sondant les 35 autres jonctions immobiles possibles. En conséquence. et qui a permis de contrôler la symétrie de l’arrangement du réseau. Cela a nécessité un energy exhaustif qui a abouti à 134 nouvelles buildings cristallines, et nous sommes très heureux de partager une boîte à outils complète de combinaisons de séquences pour diriger la conception et la development de futurs automobile-assemblage Systèmes de cristaux d’ADN.”
La nouvelle recherche démontre que la plupart des variantes de jonction Holliday produisent des cristaux automobile-assemblés, bien que 6 preparations de jonction fatale soient incompatibles avec la development de cristaux. La caractéristique commune de ces jonctions défaillantes était leur absence de deux internet sites de liaison critiques pour les ions qui sont essentiels à la development des cristaux.
“Cette étude était fascinante car or truck elle a montré remark des variants subtiles dans les géométries des jonctions de Holliday – qui pouvaient être contains au niveau d’un seul nucléotide – pouvaient avoir des effets dramatiques sur l’assemblage et la symétrie des cristaux. C’est vraiment une “science moléculaire”, nous permettant de créer éventuellement des interactions au niveau moléculaire qui donneront naissance à des nanomatériaux passionnants avec un contrôle sans précédent », a déclaré Stephanopolous.
“L’un des défis de cette recherche était de déterminer pourquoi certaines jonctions de Holliday pouvaient produire des cristaux, mais d’autres non. Empiriquement, nous pourrions étudier les buildings cristallines de ces jonctions qui cristallisent, mais pour comprendre le comportement des arrangements de jonction fatale qui font non, la chimie computationnelle était nécessaire », a déclaré Sulc. “À cette fin, nous avons fait équipe avec le Dr Miroslav Krepl et le professeur Jiri Sponer de l’Académie tchèque des sciences, qui ont simulé toutes les jonctions de Holliday à une résolution atomistique. Cet effort a fourni un superb exemple où la modélisation informatique et les expériences peuvent expliquer conjointement des phénomènes complexes.”
imagerie, informatique et médecine.
