膜基于dna的离子通道的活动取决于它的双链结构的稳定| Aksimentiev组

膜基于dna的离子通道的活动取决于它的双链结构的稳定性

戴安娜Morzy, Himanshu Joshi莎拉·e·桑德勒阿列克谢Aksimentiev,乌尔里希大
纳米快报21日(22)9789 - 9796 (2021)
DOI:10.1021 / acs.nanolett.1c03791 助理

突出

结构DNA纳米技术已经成为一种很有前途的方法,设计自然地插入和fully-controllable合成离子通道。之前,我们已经表明,这种membrane-spanning dna渠道可以争夺脂质10000速度比任何已知的生物酶。然而,插入效率和稳定现有的基于dna的离子通道还有许多进步的空间。在这里,我们的MD模拟与实验相结合由剑桥大尺度(U。英国)实验室,我们展示了一种方法来克服不利DNA-lipid交互影响稳定的跨膜孔隙的形成。在所有原子MD模拟,我们发现DNA insertion-driving胆固醇修改,当在一个DNA链,导致磨损终端碱基对的DNA纳米结构膜采用其能量最小化配置。磨损的碱基对扭曲带切口的DNA结构嵌入在一个脂双分子层。避免不良变形结构的DNA,我们引入了一个DNA纳米结构,没有不连续(缺口)在他们的DNA骨干。这个non-nicked DNA纳米结构会导致更多稳定DNA-induced导电毛孔和插入脂质膜效率高于相当于带切口的结构。此外,缺乏裂纹允许设计和维护membrane-spanning螺旋线的脂质双分子层内的倾斜方向。 Thus, reducing the conformational degrees of freedom of the DNA nanostructures enables better control over their function as synthetic ion channels.

文摘

DNA纳米技术已经成为一种很有前途的方法,设计自然地插入和完全可控合成离子通道。然而,插入效率和稳定现有的基于dna的膜通道还有许多改进的空间。在这里,我们将演示一个方法来克服不利DNA-lipid交互影响稳定的跨膜孔隙的形成。我们的所有原子MD模拟和实验结果表明,insertion-driving胆固醇的修改可能会导致磨损的终端碱基对带切口的DNA结构,扭曲他们当嵌入在一个脂双分子层。没有骨气而且重要的是,我们表明,DNA纳米结构不连续形成更稳定的导电毛孔和插入膜效率高于相当于带切口的结构。此外,缺乏裂纹允许membrane-spanning螺旋的设计和维护一个脂质双分子层内的倾斜方向。因此,减少DNA纳米结构的构象自由度允许更好地控制他们的函数合成离子通道。

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1μs长期平衡的MD模拟4 nm-2x结构。互补DNA链显示使用青绿色和橙色球,和DNA的支柱管所示表示。脂质双分子层显示使用蓝绿色的线条和代表碳原子(C22)脂质headgroup显示为青绿色和黄色球体区分上下传单,分别。胆固醇分子所示绿色;水和离子不是为了显示清晰。

1μs长期均衡的MD模拟8nm-2x结构。互补DNA链显示使用青绿色和橙色球,和DNA的支柱管所示表示。脂质双分子层显示使用蓝绿色的线条和代表碳原子(C22)脂质headgroup显示为青绿色和黄色球体区分上下传单,分别。胆固醇分子所示绿色;水和离子不是为了显示清晰。

1μs长期均衡的MD模拟8nm-0x结构,有一个连续的DNA链。互补DNA链显示使用青绿色和橙色球,和DNA的支柱管所示表示。脂质双分子层显示使用蓝绿色的线条和代表碳原子(C22)脂质headgroup显示为青绿色和黄色球体区分上下传单,分别。胆固醇分子所示绿色;水和离子不是为了显示清晰。