Cooperative Branch Migration: A Mechanism for Flexible Control of DNA Strand Displacement

DNA纳米技术 灵活性(工程) DNA 分支迁移 合成生物学 计算机科学 纳米技术 生物系统 计算生物学 材料科学 生物 遗传学 同源重组 数学 统计 霍利迪路口
作者
Zhi Weng,Hongyan Yu,Wang Luo,Yongcan Guo,Qian Liu,Li Zhang,Zhang Zhang,Ting Wang,Ling Dai,Xi Zhou,Xiaole Han,Luojia Wang,Junjie Li,Yujun Yang,Guoming Xie
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (2): 3135-3144 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c10797
摘要

DNA strand displacement plays an essential role in the field of dynamic DNA nanotechnology. However, flexible regulation of strand displacement remains a significant challenge. Most previous regulatory tools focused on controllable activation of toehold and thus limited the design flexibility. Here, we introduce a regulatory tool termed cooperative branch migration (CBM), through which DNA strand displacement can be controlled by regulating the complementarity of branch migration domains. CBM shows perfect compatibility with the majority of existing regulatory tools, and when combined with forked toehold, it permits continuous fine-tuning of the strand displacement rate spanning 5 orders of magnitude. CBM manifests multifunctional regulation ability, including rate fine-tuning, continuous dynamic regulation, reaction resetting, and selective activation. To exemplify the powerful function, we also constructed a nested if-function signal processing system on the basis of cascading CBM reactions. We believe that the proposed regulatory strategy would effectively enrich the DNA strand displacement toolbox and ultimately promote the construction of DNA machines of higher complexity in nucleic acid research and biomedical applications.
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