Rapid Computational Analysis of DNA Origami Assemblies at Near-Atomic Resolution

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作者
Jae Young Lee,Jae Gyung Lee,Giseok Yun,Chanseok Lee,Young‐Joo Kim,Kyung Soo Kim,Tae Hwi Kim,Do‐Nyun Kim
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (1): 1002-1015 被引量:44
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c07717
摘要

Structural DNA nanotechnology plays an ever-increasing role in advanced biomolecular applications. Here, we present a computational method to analyze structured DNA assemblies rapidly at near-atomic resolution. Both high computational efficiency and molecular-level accuracy are achieved by developing a multiscale analysis framework. The sequence-dependent relative geometry and mechanical properties of DNA motifs are characterized by the all-atom molecular dynamics simulation and incorporated into the structural finite element model successfully without significant loss of atomic information. The proposed method can predict the three-dimensional shape, equilibrium dynamic properties, and mechanical rigidities of monomeric to hierarchically assembled DNA structures at near-atomic resolution without adjusting any model parameters. The calculation takes less than only 15 min for most origami-scale DNA nanostructures consisting of 7000–8000 base-pairs. Hence, it is expected to be highly utilized in an iterative design–analysis–revision process for structured DNA assemblies.

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