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清華大學(xué)劉冬生教授、國(guó)家納米中心楊雨荷研究員合作 JACS:亞穩(wěn)定基元組裝過(guò)程的協(xié)同增強(qiáng)作用研究
2022-11-17  來(lái)源:高分子科技

  串聯(lián)的亞穩(wěn)定互補(bǔ)基元在生命過(guò)程中發(fā)揮著重要作用,有限的穩(wěn)定性為這些結(jié)構(gòu)的表征帶來(lái)很大困難。亞穩(wěn)定基元在核酸分子折疊過(guò)程中和高分子的組裝過(guò)程中的貢獻(xiàn)是組裝領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。


 

1 序列精確DNA-OEG 共聚物組裝行為研究


  近期,清華大學(xué)化學(xué)系高分子所劉冬生教授、國(guó)家納米中心楊雨荷研究員團(tuán)隊(duì)利用固相合成的序列精確DNA-OEG 共聚物設(shè)計(jì)了一個(gè)單變量的模型系統(tǒng),該共聚物由具有回文序列的 ssDNA 片段和與DNA完全無(wú)相互作用的寡聚四乙二醇(OEG)連接子(圖2)。通過(guò)分別改變 DNA 單元 (6-12 nt)  OEG 連接子(Xn = 0-4) 的長(zhǎng)度,系統(tǒng)地研究了串聯(lián)互補(bǔ)基元的穩(wěn)定性和連接子的柔性對(duì)組裝過(guò)程和最終的組裝結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。通過(guò)將實(shí)驗(yàn)表征方法和分子模擬理論分析結(jié)合,成功表征得到多種組裝構(gòu)象(主要是單體、二聚體和簇)的分布。實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果一致表明,由于二聚體中兩組互補(bǔ)基元間的協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng),串聯(lián)的亞穩(wěn)定互補(bǔ)基元傾向于形成單一的閉合環(huán)狀二聚體而不是更大的組裝體,同時(shí)每個(gè)構(gòu)象的分布多少依賴于OEG連接子的柔性(圖3)。這項(xiàng)研究工作對(duì)亞穩(wěn)定基元在組裝過(guò)程中研究建立了新模型,提供了新方法和新思路,系統(tǒng)研究了相互作用強(qiáng)度(穩(wěn)定性)和連接子柔性對(duì)共聚物自組裝行為的獨(dú)立貢獻(xiàn),為核酸折疊和高分子組裝過(guò)程調(diào)控提供了參考依據(jù)。該工作以“Studies on the Synergistic Effect of Tandem Semi-Stable Complementary Domains on Sequence-Defined DNA Block Copolymers”為題發(fā)表在J. Am. Chem. Soc.(J Am Chem Soc 2022, doi.org/10.1021/jacs.2c08930)。文章第一作者是清華大學(xué)化學(xué)系博士研究生李鑫。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。 


2 序列精確DNA-OEG 共聚物的合成、組裝和分子模擬 


不同序列精確DNA-OEG 共聚物的組裝結(jié)構(gòu)(單體、二聚體和簇)分布與熔點(diǎn)表征


  該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于串聯(lián)亞穩(wěn)定基元與DNA組裝相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。聚合物體系的不均一性(如分子量分布,組成差異等)往往給定量研究帶來(lái)極大困擾。因此,基于固相合成的序列精確DNA-OEG共聚物提供了解決方法,并為組裝過(guò)程的研究提供了良好的模型。突破性的進(jìn)展在于將組裝體分布與協(xié)同效應(yīng)關(guān)聯(lián)在一起,并通過(guò)檢測(cè)熔點(diǎn)證明協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)在亞穩(wěn)定基元的組裝過(guò)程中的重要作用。在此基礎(chǔ)上,加深了對(duì)于組裝基元的穩(wěn)定性(組裝強(qiáng)度)和柔性如何影響自組裝過(guò)程的認(rèn)識(shí)。在最近這段時(shí)間,團(tuán)隊(duì)還針對(duì)DNA水凝膠的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論模擬,為DNA水凝膠的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和通透性等提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論支撐(J Am Chem Soc 2022,144, 19017)。


  原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c08930

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