基于DNA折纸的生物分子相互作用研究

The invention of DNA origami, a milestone of DNA nanotechnology, provide a new opportunity for the study of biological macromolecules. Based on the advantage of addressable and easily modificated properties of the nanostructure origami, a project will be caried out for studying the process of DNA replication with DNA polymerase, a key molecule for both cell activities and experiments of molecular biology. By using atomic force microscopy, a series of interactions between a single DNA polymerase molecule and a single-strand DNA templet which involve DNA polymerase's recognition, positioning, sliding and finally disassembling from the single-strand DNA templet will be recorded in a real-time way.This kind of method, detecting and manipulating molecules at the micro-scale level, possibly provide a new way for understanding the mechanism of biomolecule interactions and for finding factors and rules relating with the reaction, Moreover, the method will also help to explore the role of nanoparticales on DNA replication processes, which will be useful for the potential applications of DNA origami.

DNA折纸的发明对于DNA纳米技术来说具有里程碑的重要意义,也为生物大分子研究带来了新的机遇。DNA聚合酶是细胞活动和分子生物学实验中必不可少的重要生物大分子，本项目拟以DNA聚合酶复制过程为模型，发挥DNA折纸纳米结构具有地址可循性和易于定位修饰的优势，通过基于原子力显微术的纳米检测、操纵技术，在微观水平上研究DNA聚合酶在DNA模板上的识别、移动、解离等动态过程，获取整个单分子事件的"分子影像"信息，达到在单分子水平上对反应过程的全程监控，阐明DNA复制过程中的生物分子相互作用分子机制，找寻相关影响因素及其调控规律等，解析纳米粒子对DNA聚合酶复制体系影响的可能机制，为DNA折纸的实际应用提供新思路和新途径。

DNA折纸的发明对于DNA纳米技术来说具有里程碑的重要意义,也为单分子水平上生物大分子间的相互作用研究带来了新的机遇。本项目以DNA聚合酶复制过程为模型，发挥了DNA折纸纳米结构具有地址可循性和易于定位修饰的优势，通过原子力显微术和FRET等方法，在宏观和微观水平上研究了DNA聚合酶在DNA模板上的识别、移动、解离等动态过程，研究了多种环境因素包括镁离子、dNTP浓度、纳米金颗粒和探针纳牛级作用力等对DNA复制的影响。获取了DNA复制的整个单分子事件的"分子影像"信息，达到了在单分子水平上对DNA复制反应过程的全程监控，发现了探针的纳米级作用力对反应体系的干扰作用，分析了其对DNA复制效率带来的影响。研究中也发现存在一条DNA模板链上同时有多个DNA聚合酶结合的现象。以上研究手段和研究结果对解析DNA聚合酶复制体系的机制研究具有参考价值。