Single-molecule analysis of DNA base-stacking energetics using patterned DNA nanostructures

堆积 碱基对 DNA 纳米结构 碱基 分子 费斯特共振能量转移 螺旋(腹足类) 纳米技术 结晶学 材料科学 化学 荧光 生物 生物化学 物理 蜗牛 有机化学 量子力学 生态学
作者
Abhinav Banerjee,Micky Anand,Simanta Kalita,Mahipal Ganji
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:18 (12): 1474-1482 被引量:52
标识
DOI:10.1038/s41565-023-01485-1
摘要

Abstract The DNA double helix structure is stabilized by base-pairing and base-stacking interactions. However, a comprehensive understanding of dinucleotide base-stacking energetics is lacking. Here we combined multiplexed DNA-based point accumulation in nanoscale topography (DNA-PAINT) imaging with designer DNA nanostructures and measured the free energy of dinucleotide base stacking at the single-molecule level. Multiplexed imaging enabled us to extract the binding kinetics of an imager strand with and without additional dinucleotide stacking interactions. The DNA-PAINT data showed that a single additional dinucleotide base stacking results in up to 250-fold stabilization for the DNA duplex nanostructure. We found that the dinucleotide base-stacking energies vary from −0.95 ± 0.12 kcal mol −1 to −3.22 ± 0.04 kcal mol −1 for C|T and A|C base-stackings, respectively. We demonstrate the application of base-stacking energetics in designing DNA-PAINT probes for multiplexed super-resolution imaging, and efficient assembly of higher-order DNA nanostructures. Our results will aid in designing functional DNA nanostructures, and DNA and RNA aptamers, and facilitate better predictions of the local DNA structure.

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