Beyond the helix pitch

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    14-Apr-2017
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    Science

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Transcript of Beyond the helix pitch

Ms all del paso de la hlice: la visualizacin directa de ADN nativa en solucin acuosa.Resumen La doble hlice de ADN fue dilucidada por primera vez por JD Watson y Crick FHC hace ms de medio siglo.Sin embargo, nadie poda "ver" la estructura conocida.Entre todos los mtodos de observacin en el espacio real, slo la microscopa de fuerza atmica (AFM) nos permite visualizar la estructura biolgicamente activa de ADN natural en el agua.Sin embargo, las mediciones de AFM convencionales causaban a menudo la deformacin estructural de ADN debido a las fuertes fuerzas de interaccin que actan sobre el ADN.Adems, la gran superficie de contacto entre la sonda AFM y el ADN nos impidieron imaginar caractersticas a escala sub-molecular, ms pequeas que la periodicidad helicoidal del ADN.Aqu, se muestra la observacin directa de ADN de plsmido nativo en agua utilizando un AFM-de muy bajo ruido con el mtodo altamente sensible de deteccin de fuerza (frecuencia de modulacin AFM: FM-AFM).Nuestras micrografas de ADN vvidamente exhiben no slo estructura general de la forma B de doble hlice en agua, sino tambin las estructuras locales que se desvan de las estructuras cristalogrficas de ADN sin ningn dao.Por otra parte, el rea de fuerza de interaccin en el FM-AFM era lo suficientemente pequeo para discernir claramente grupos funcionales individuales dentro de ADN.La tcnica tambin se aplic a explorar las nanoestructuras de ADN sintetizados hacia la nanobiotecnologa actual.Este trabajo ser esencial para la consideracin de la relacin estructura-funcin de los sistemas biomoleculares en vivo y para el anlisis in situ del ADN basado en nanodispositivos.

Palabras clave: ADN de doble cadena. La microscopia de fuerza atmica de modulacin de frecuencia. Nanobioimagen. Nanotecnologa del ADN. Autoensamblaje molecular

Desde el descubrimiento de la estructura de la doble hlice del ADN por Watson y Crick, se han realizado amplios esfuerzos por explorar las funciones biolgicas basadas en la estructura del ADN. La Fuerza atmica microscpica (AFM)2 es una de las pocas herramientas de observacin en el espacio real capaz de visualizar estructuras de biomolculas en solucin. Sin embargo, la estructura submolecular de doble hebra del ADN por AFM no ha tenido xito por la pobre capacidad de controlar las fuerzas de interaccin que actan sobre el ADN; Slo unos cuantos investigadores reportaron imgenes de ADN de doble cadena en solucin, con una resolucin espacial limitada en el que ranuras de ADN de doble cadena estaban apenas resueltos. Recientemente, el AFM con mtodo de deteccin de modulacin de frecuencia (FM-AFM) se ha utilizado para observar ms estructuras detalladas de ADN en solucin. Sin embargo, no ha habido ms informacin que la Simetra helicoidal del ADN de la forma B, que ya ha sido determinado por estudios cristalogrficos. Aqu, visualizamos directamente el ADN plasmdico de circuito cerrado en una solucin acuosa utilizando FM-AFM. La mayor y menor ranuras estaban claramente resueltas, y la alta sensibilidad a la fuerza nos permiti distinguir los grupos fosfatos de la columna vertebral de ADN sin la deformacin de la muestra. Adems, se demuestra a escala sub-molecular imgenes de cristales de ADN auto-ensamblado en una solucin acuosa, que directamente se refieren a la nanotecnologa del ADN. Bajo condiciones fisiolgicas, la mayora de las molculas de DNA (dsDNA) de doble cadena adopta la conformacin de la forma B. Las formas B de las molculas de DNA (DNA de B) tienen estructuras helicoidales diestras y distintivos surcos mayores y menores, que idealmente son descritos por el modelo bien conocido de Watson Crick del ADN. Las estructuras de la ranura en la superficie de B-DNA estn estrechamente relacionadas a las funciones del gen, como formacin del ncleo del nucleosoma y el control de la expresin gnica de protenas de unin a ADN. Se utiliz FM-AFM, donde se miden las fuerzas de interaccin punta-muestra como el desplazamiento de la frecuencia de resonancia del uno mismo-oscilado voladizo.

Figura 1. Imgenes del FM-AFM de ADN plsmido. (A) Imagen topogrfica del FM-AFM tpica de la estructura superenrollada el ADN del plsmido circular cerrado (2686 de pares de bases) en solucin acuosa (50 mM NiCl 2) (apoyo informacin figura S5). (B) imagen topogrfica de FM-AFM alta resolucin del plsmido ADN en solucin acuosa (50 mM NiCl 2). Las flechas rojas y azules indican las posiciones de los surcos mayores y menores de B-DNA, respectivamente. Regiones de fusin locales de la DNA de plsmido se indican mediante flechas grises. Recuadro: estructura molecular de la B-ADN. (C) media perfil transversal en el eje de la hlice de ADN se mide en la zona indicada por el rectngulo blanco en (B) (apoyo informacin figuras S6 y S7). Las flechas rojas y azules indican las posiciones de los surcos mayores y menores, respectivamente.

Original(C) Averaged cross-sectional profile along the helix axis of DNA measured in the area indicated by the white rectangle in (B) (Supporting Information Figures S6 and S7).

Figura 2. Comparacin del FM-AFM e imgenes simuladas de AFM. (A) ampliada la imagen de la zona indicada por el rectngulo blanco en la figura 1B. (B) perfil seccin transversal a lo largo de la lnea A-B (A), que es perpendicular al eje de la hlice. (C-E) Simular imgenes AFM de consejos suponiendo que B-ADN con un radio de 0.2 y 1.0 2.0nm. (F-H) corte transversal de perfiles a lo largo de las lneas A-b C-E, respectivamente, que son perpendiculares a los ejes de la hlice. El perfil en (B) se superpondr (G) (lnea punteada).