Designer peptide–DNA cytoskeletons regulate the function of synthetic cells

化学 生物物理学 DNA 功能(生物学) 纳米技术 组合化学 细胞生物学 生物化学 材料科学 生物
作者
Margaret L. Daly,Kengo Nishi,Stephen J. Klawa,Kameryn Y. Hinton,Yuan Gao,Ronit Freeman
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:16 (8): 1229-1239 被引量:15
标识
DOI:10.1038/s41557-024-01509-w
摘要

The bottom-up engineering of artificial cells requires a reconfigurable cytoskeleton that can organize at distinct locations and dynamically modulate its structural and mechanical properties. Here, inspired by the vast array of actin-binding proteins and their ability to reversibly crosslink or bundle filaments, we have designed a library of peptide-DNA crosslinkers varying in length, valency and geometry. Peptide filaments conjoint through DNA hybridization give rise to tactoid-shaped bundles with tunable aspect ratios and mechanics. When confined in cell-sized water-in-oil droplets, the DNA crosslinker design guides the localization of cytoskeletal structures at the cortex or within the lumen of the synthetic cells. The tunable spatial arrangement regulates the passive diffusion of payloads within the droplets and complementary DNA handles allow for the reversible recruitment and release of payloads on and off the cytoskeleton. Heat-induced reconfiguration of peptide-DNA architectures triggers shape deformations of droplets, regulated by DNA melting temperatures. Altogether, the modular design of peptide-DNA architectures is a powerful strategy towards the bottom-up assembly of synthetic cells.

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