ДНК-оригами для создания плавных мышечно-подобных сокращений в молекулярных моторах

Ученые эффективно использовали ДНК-оригами для создания подобных гладких мышц сокращений в больших сетях молекулярных моторных систем, открытие, которое может быть использовано в молекулярной робототехнике.

Смешивание ДНК-модифицированных микротрубочек, ДНК-оригами и кинезиновых линкеров приводит к звездообразным образованиям микротрубочек, которые представляют собой соединения, похожие на звезды линкерами kinesin. Эта сеть динамически сокращалась при добавлении энергии АТФ. (Мацуда К. и др., Nano Letters, 30 апреля 2019 г.)

«Мы успешно продемонстрировали запрограммированную самосборку биомолекулярной моторной системы», пишут ученые из Японии и Германии, которые проводили исследования.

Биомолекулярная моторная система, состоящая из фиброзных микротрубочек и моторных белковых кинезинов, играет жизненно важную роль в клеточных транспортных системах. Исследователи полагают, что они могут использовать двигатели в молекулярной робототехнике, но по-прежнему сложно собрать более крупную систему из мельчайших молекул.

В настоящем исследовании, опубликованном в Nano Letters исследователи, в том числе Акира Какуго из университета Хоккайдо, Акинори Кузуя из Кансайского университета и Акихико Конагая из Токийского технологического института, создали систему, интегрирующую микротрубочки и ДНК-оригами. ДНК-оригами была разработана из шести спиралей ДНК, связанных вместе. Смешивание двух компонентов заставило микротрубочки самостоятельно собираться вокруг ДНК-оригами, создавая звездообразные структуры. Эта самосборка была достигнута путем связывания комплементарных цепей ДНК, связанных с каждым компонентом.

Затем команда разработала «кинезиновый линкер», который состоит из четырех кинезиновых моторных белков, исходящих из белка центрального ядра. Эти кинезиновые линкеры связывали микротрубочки вместе, что приводило к многочисленным звездообразным узлам для соединения, создавая гораздо большую иерархическую сеть.

Когда аденозинтрифосфат (АТФ), молекула, которая накапливает и передает энергию, был включен в систему, линкеры кинезина перемещались, заставляя микротрубчатую сеть динамически сокращаться в течение короткого промежутка времени. По мнению ученых, это очень похоже на сокращение гладких мышц.

Это динамическое сокращение произошло только тогда, когда было доступно оригами ДНК, что свидетельствует о важности иерархической сборки внутри микротрубчатой ​​сети.

Дальнейшие исследования могут привести к использованию ДНК для контролируемой, программируемой самосборки и сокращения биомолекулярных двигателей. Такие двигатели могут найти применение в молекулярной робототехнике и разработке микроклапанов для микрофлюидных устройств.

Акира Какуго, исследователь, Университет Хоккайдо

Сеть микротрубочек сжимается в присутствии ДНК оригами, кинезинов и АТФ. (Мацуда К. и др., Nano Letters, 30 апреля 2019 г.)

Source link