DNA طبیعی اغلب دو رشته ای است. با این حال، دسته دیگری از تعاملات کمتر شناخته شده بین DNA وجود دارد. این به اصطلاح فعل و انفعالات هوگستین عادی یا معکوس به رشته سوم اجازه می دهد تا به آن بپیوندد و یک مارپیچ سه گانه زیبا را تشکیل دهد.
محققان آزمایشگاه گوتلف در دانشگاه آرهوس روشی کلی برای سازماندهی DNA دو رشته ای بر اساس برهمکنش های هوگستین توصیف کرده اند. مقاله آنها “تا کردن DNA دو رشته ای به شکل های طراحی شده با الیگونوکلئوتیدهای تشکیل دهنده سه رشته” در مواد پیشرفته.
تراکم و سازماندهی DNA ژنومی یک مکانیسم مرکزی در سلول های یوکاریوتی است، اما کنترل معماری مهندسی شده روی DNA دو رشته ای (dsDNA) به طور قابل توجهی چالش برانگیز است. در اینجا، الگوهای بلند dsDNA از طریق خودآرایی با واسطه تریپلکس به اشکال طراحی شده تا می شوند. محققان می نویسند که اولیگونوکلئوتیدهای تشکیل دهنده سه پلکس (TFOs) پورین ها را در dsDNA از طریق فعل و انفعالات هوگستین طبیعی یا معکوس متصل می کنند.
در روش اریگامی تریپلکس، این برهمکنش‌های غیر متعارف برای فشرده‌سازی dsDNA (خطی یا پلاسمید) به اشیاء کاملاً مشخص برنامه‌ریزی شده‌اند که ویژگی‌های ساختاری مختلفی را نشان می‌دهد: توخالی و پر از شطرنجی، تک لایه و چند لایه، با انحناها و هندسه های سفارشی و دارای آرایش داخلی بدون شبکه، مربع یا لانه زنبوری. با کمال تعجب، طول حلقه‌های dsDNA یکپارچه و مستقل را می‌توان با کارایی تقریباً عالی مدوله کرد. از صدها به تنها شش جفت باز (2 نانومتر).
استحکام ذاتی dsDNA استحکام ساختاری را افزایش می‌دهد و ساختارهای غیر تناوبی تقریباً 25000 nt در مقایسه با سایر روش‌های خودآرایی مبتنی بر DNA با مواد اولیه منحصر به فرد کمتری تشکیل می‌شوند. ساختارهای تریپلکس متراکم نیز در برابر تخریب توسط DNase I مقاومت می کنند. تا کردن dsDNA با واسطه Triplex از نظر روشی ساده و متعامد به روش های مبتنی بر Watson-Crick است. علاوه بر این، کنترل فضایی بی‌سابقه‌ای را روی قالب‌های dsDNA ممکن می‌سازد.
این مطالعه نشان می‌دهد که رشته‌های تشکیل‌دهنده تریپلکس قادر به خم شدن شدید یا “تا کردن” DNA دو رشته‌ای برای ایجاد ساختارهای فشرده هستند. شکل ظاهری این سازه ها از اشکال دو بعدی توخالی گرفته تا سازه های متراکم سه بعدی و هر چیزی که در میان است، از جمله ساختاری شبیه به گل گلدانی متغیر است. گوتلف و همکارانش نام روش خود را اوریگامی تریپلکس گذاشته اند.
به گفته محققان دانشگاه آرهوس، با استفاده از اریگامی تریپلکس، دانشمندان می توانند به سطحی از کنترل مصنوعی بر روی شکل DNA دو رشته ای دست یابند که قبلا غیرقابل تصور بود و در نتیجه راه های جدیدی برای اکتشاف باز می شود. اخیراً پیشنهاد شده است که تشکیل تریپلکس در فشردگی طبیعی DNA ژنتیکی نقش دارد و مطالعه کنونی ممکن است بینشی در مورد این فرآیند بیولوژیکی اساسی ارائه دهد.
پتانسیل در ژن درمانی و فراتر از آن
این کار همچنین نشان می دهد که تشکیل تریپلکس با واسطه هوگستین از DNA در برابر تخریب آنزیمی محافظت می کند. بنابراین، توانایی فشرده سازی و محافظت از DNA با روش اریگامی تریپلکس ممکن است پیامدهای زیادی برای ژن درمانی داشته باشد، که در آن سلول های بیمار با رمزگذاری عملکردی که در یک قطعه قابل تحویل DNA دو رشته ای وجود ندارد، ترمیم می شوند.
کار بر روی توالی و ساختار DNA نیز در مهندسی مواد در مقیاس نانو، کاربردهای کاربردی در درمان، تشخیص و بسیاری از زمینه‌های دیگر به کار گرفته شده است.
دکتر کورت وی. گوتلف، دکترای کورت وی. گوتلف، که در بخش شیمی بین رشته‌ای نانوعلم دانشگاه مستقر است، در چهار دهه گذشته، نانوتکنولوژی DNA تقریباً به طور انحصاری بر تعاملات پایه واتسون-کریک برای جفت کردن رشته‌های تک DNA و سازماندهی آنها در نانوساختارهای سفارشی متکی بوده است. مرکز. ما اکنون می دانیم که تعاملات هوگستین پتانسیل یکسانی برای سازماندهی DNA دو رشته ای دارد که گسترش مفهومی قابل توجهی را برای این زمینه ارائه می دهد.
گوتلف و همکارانش نشان دادند که تا کردن با واسطه هوگستین با روش‌های مدرن مبتنی بر واتسون-کریک سازگار است. با این حال، به دلیل سفتی نسبی DNA دو رشته ای، ساختارهای اریگامی تریپلکس به مواد اولیه کمتری نیاز دارند. این اجازه می دهد تا سازه های بزرگتر با هزینه قابل توجهی کمتر تشکیل شوند.
روش جدید این محدودیت را دارد که تشکیل تریپلکس معمولاً به بازه‌های پورینی طولانی در DNA دو رشته‌ای نیاز دارد و در نتیجه، محققان از توالی‌های DNA مصنوعی به جای DNA ژنتیکی طبیعی استفاده کرده‌اند. با این حال، در آینده برای غلبه بر این محدودیت تلاش خواهند کرد.