Phys 14. 장하나(Hana Jang)

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2015. 02. 24. Tue

A proximity-based programmable DNA nanoscale assembly line

(Hongzhou Gu1, Jie Chao2, Shou-Jun Xiao2 & Nadrian C. Seeman1) http://www.nature.com/articles/doi:10.1038%2Fnature09026

This origami is walker. This makes it possible to control the self-assembly.

The machines have cargoes consisting respectively of a 5-nm gold particle , a coupled pair of 5-nm particles and a 10-nm particle, and their state can be PX (meaning ON or ‘donate’ cargo) or JX2 (meaning OFF or ‘do not donate’ cargo).

Visualization of Dynamic Conformational Switching of the G-Quadruplex in a DNA Nanostructure

(†Yuta Sannohe,† Masayuki Endo,*,‡,§ Yousuke Katsuda,† Kumi Hidaka,† and Hiroshi Sugiyama*) http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja1058907

 G-quadruplex structures(G-사중구조) 

• 정사각형 모양의 DNA 구조는 실험실에서 DNA를 형성하는 기본요소 중에 하나인 구아닌 (Guanine)을 풍부하게 하여 합성으로 DNA가닥을 접을 경우에 쉽게 만들어질 수 있다.
• G-사중구조는 각기 다른 지점에 네 개의 구아닌으로 이루어져 있으며 구아닌이 풍부한 가닥이 특별한 수소결합형태로 이루어져 공고하게 결합되어 있어 DNA 나선형구조를 차단하는 밀집된 사각형 구조를 형성한다.
• 텔로미어(telomeres)로 알려진 염색체 DNA의 보호기능을 하는 끝부분은 구아닌이 풍부하기 때문에 G-사중구조의 가능성이 높은 후보가 되고 있다. 실제로 암세포에 대한 연구를 통해 G-사중구조에 결합하여 안정화되는 작은 입자가 텔로미어의 DAN손상을 일으키는 것으로 알려지고 있어서 이러한 사중구조 가능성 주장에 힘을 실어주고 있다 (Rodriguez, R. et al. 2012). 인간유전체 데이터를 통해서 다른 구아닌이 풍부한 염기서열을 찾는 과정에서 일부 과학자들은 이 사중구조는 또한 유전자를 조절하는 (특히 일부 암을 일으키는 유전자) 유전체의 다른 부분에서 만들어질 수 있다고 주장했다.

The introduced G-rich strands formed an interstrand G-quadruplex structure in the presence of K+, and the formed four-stranded structure was disrupted by removal of K+. These conformational changes were visualized in a nanoscaffold in real-time with fast-scanning atomic force microscopy. 알게된점 : G-quadruplex structures(G-사중구조)라는 개념을 처음으로 듣고 알게되었다.

2015. 02. 12. Thur

Biomod/2014/Braunschweig - Building the world´s smallest car

http://openwetware.org/wiki/Biomod/2014/Braunschweig

• a self-assembling Nanoscooter which can move over mica surfaces powered by Pt-nanoparticles catalyzing the decomposition of hydrogen peroxide
• This Nanoscooter becomes motile on mica surfaces by adapting the kind and concentration of cations in the buffer.
• Directed movement is achieved by the of repulsion of oxygen gas which is produced at platinum nanoparticles tethered to the back of the Nanoscooter.
• The shape of the DNA origami is confirmed by atomic force microscopy, while the movement of the car on a flat mica surface is illustrated by fluorescence microscopy using fluorescent beads.
• This type of DNA origami can be used for directed transport of different components.
• In the future this technology could be used for the supply in nanoscale factories or as a lithographic pen by controlling the location of nanoscale catalysis.

알게된 점 : 과산화수소와 백금이 결합하면 산소가 발생함을 알게 되었다.

Super-resolution microscopy(초고해상도 현광 현미경)

• 기존 광학현미경의 한계

-아베 회절 한계(Abbe diffraction limit): 에른스트 아베는 광학 현미경이 볼 수 있는 해상도 한계는 가시광선 파장길이의 절반가량이라고 정의.

-광학 현미경을 아무리 개선해도 0.2마이크로미터보다 더 작은 물체는 식별 불가.

-광학 현미경을 통해 세포소기관 같은 세포 일부분이나 세포 전체를 식별하 수 는 있지만 일반적인 크기의 바이러스나 단일 단백질 정도로 작은 물체는 분간할 수 없음.

• 슈테판 헬의 'STED'

-기본원리

1. 관측하려는 시료에 레이저 빔을 쏘면, 관측 대상인 시료에서 에너지를 흡수해 들뜬 상태가 되고 거기에서 형광이 발한다. 이 때 곧이어 첫번째 빔과 중첩하도록 두번째의 레이저 빔을 중심부가
   빈 도넛 모양으로 쏘면 중심부의 아주 작은 공간을 뺀 다른 곳의 형광은 강하게 억제된다. 결과적으로 중심부의 아주 작은 공간의 형광만이 뚜렷하에 관측된다.
2. 레이저 빔을 쏘는 초점 위치를 아주 조금씩 옮기면서 이처럼 작은 관측 공간을 연속해 만들 수 있으며, 이렇게 만들어진 수많은 관측 영상을 하나로 합하면 관측하려는 대상의 전체 영상을
   매우 높은 해상도로 얻을 수 있다.

• 에릭 베치그의 '단일 분자 현미경'

-머너 박사가 특정 파장의 빛을 쏘면 세포 안의 형광 단백질 분자의 형광을 끄고 켤 수 있음을 발견하여 단일 분자 검출을 성공한 것이 단일분자 현미경 개발의 시초가 됨.

-기본원리

1. 생물학적 샘플에는 형광분자 수천, 수만 개가 높은 밀도로 모여 있다. 분자들의 형광을 대부분 끈 다음, 이미지들이 겹치지 않을 정도로 적은 수의 분자들만 형광을 켜 이미지를 얻는다.
   이런 과정을 여러 차례 중복하다보면 전체 분자들의 위치를 파악할 수 있다.

알게된 점 : 2014년도 노벨 화학상을 수상한 분야를 알게 되었다.

2015. 02. 10. Tue

Single Molecule Visualization and Characterization of Sox2–Pax6 Complex Formation on a Regulatory DNA Element Using a DNA Origami Frame

(† Department of Chemistry, Graduate School of Science, Kyoto University, Kitashirakawa-oiwakecho, Sakyo-ku, Kyoto 606-8502, Japan) http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl4044949

• DNA origami에서 dsDNA를 구부리는데 필요한 단백질 Sox2–Pax6을 AFM으로 관찰함.
• 굽는 정도 : Sox2–Pax6 > Sox2 only >> Pax6 only

알게된 점 : dna를 구부리는데 단백질이 필요함을 알게되었다.

2015. 02. 05. Thur

study

TEM - transmission electron microscopy

1. a microscopy technique으로 진공상태에서 관찰이 이루어져야 한다.
2. Electron gun에서 전자가 쏘아져 나온다.
3. specimenport에 cu를주로 하여 만든 grid를 넣는다. grid는 carbon 막으로 덮혀있다.
4. 빈칸속에 시료를 넣는데 시료의 원자번호가 작으면 원자핵속 양성자, 중성자의 갯수가 적어 전자가 뚫고 지나갈 수 있어 투명하게 보인다. 반대로 원자번호가 크면 전자가 튕겨나와 까맣게 보인다.
5. 장점 : 초점만 맞으면 단기간에 여러 장의 결과를 얻을 수 있다.
6. 단점 : 오랜 시간 한 부분을 관측하면 그 부분의 전자 beam에 의해 탈 수 있다.
7. 물체의 단단한 면만 볼 수 있다.
8. 3D입체 구조를 알고 싶다면 더 균일하게 Z축 단면을 관측하면 된다.

• No staining - 금, 구리 입자 등 금속들은 입자가 충분히 두껍고 규모가 커서 staining할 필요가 없다.
• Positive staining - 고분자들은 용매에 넣어 녹이면 자기조립해 표면에 퍼지게 된다. 이를 무거운 원소로 염색시켜 관찰한다.
• Negative staining - DNA 구조의 주변을 (아세톤 + 아세테이트)로 염색한 후 다시 그것을 종이로 흡수시키면 시료 자체는 하얗게 그 주위는 검게 염색된다.( 염색된 부분은 투과되지 않는다.)
• Cryo-electron microscopy - 상온에서 분석하는 것보다 생체시료의 변질 또는 구조의 변형을 막기 위해 개발된 방법으로 물을 함유하는 세포나 수용액에 존재하는 생체고분자를 초저온 상태로 유지한 채 무고정, 무염색 상태로 관찰한다.

알게된 점 : tem을 통하여 물질을 관찰함에 있어 염색법과 또다른 발전된 방식에 대해 알게 되었다.

2015. 01. 29. Thur

Next paper

mk - http://bric.postech.ac.kr/myboard/view_report.php?Board=report&id=2288&type=1&filename=pdf_0002288.pdf

2015. 01. 27. Tue

Paper

Synthetic Lipid Membrane Channels Formed by Designed DNA Nanostructures

(Martin Langecker,1* Vera Arnaut,1* Thomas G. Martin,2* Jonathan List,1 Stephan Renner,1 Michael Mayer,3 Hendrik Dietz,2† Friedrich C. Simmel1†) http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006349512042683

• Synthetic DNA membrane channels

1. nanometer-scale transmembrane channels in lipid bilayers by means of self-assembled DNA-based nanostructures
2. a stem that penetrated and spanned a lipidmembrane
3. a barrel-shaped cap that adhered to the membrane, in part via 26 cholesterol moieties

• Red denotes transmembrane stem; orange strands with orange ellipsoids indicate cholesterol-modified oligonucleotides that hybridize to single-stranded DNA adaptor strands.

알게된 점 : 물질 수송을 위한 합성 지질막 채널 형성에 대하여 알게 되었다.

2015. 01. 22. Thur

canDNAno

폭 6nm
가로길이 252bp = 85.68nm
Scaffold bases applied:1644
Total staple count:45

- 저번에 만들어 본 나선을 응용해서 뫼비우스 띠 모양을 만들어 보고자 했으나 한 선으로 연결하는데 어려움을 겪어 완성하지 못하였다.

2015. 01. 20. Tue

paper

Folding DNA into Twisted and Curved Nanoscale Shapes

(Hendrik Dietz,1,2* Shawn M. Douglas,1,2,3 William M. Shih1,2,3†) http://www.sciencemag.org/content/325/5941/725.short

• Design principles

1. Every 7 base pairs (bp), the helical path of a strand rotates by 240° - a B-form–DNA
2. deletion of a base pair - a left-handed torque and a pull on its neighbors
3. insertion of a base pair - a right-handed torque and a push on its neighbors

• the pattern of insertions and deletions installed to induce bending.

알게된점 : cadnano를 할 때 이용할 수 있는 bp당 구부러지는 정도에 대해 알게되었다.

canDNAno

폭 6nm
가로길이 1280bp = 435.2nm
Scaffold bases applied:7555
Total staple count:183 -논문에서 보인 나선모양을 관찰하여 따라해보았다.