DNA Nanostructure-Programmed Like-Charge Attraction at the Cell-Membrane Interface

生物物理学 内化 静电 材料科学 静电学 化学物理 纳米技术 胞吐 细胞膜 DNA 纳米结构 脂质双层 化学 细胞 生物 物理 生物化学 物理化学 量子力学
作者
Hong‐ming Ding,Jiang Li,Nan Chen,Xingjie Hu,Xiafeng Yang,Linjie Guo,Qian Li,Xiaolei Zuo,Lihua Wang,Yu‐qiang Ma,Chunhai Fan
出处
期刊:ACS central science [American Chemical Society]
卷期号:4 (10): 1344-1351 被引量:201
标识
DOI:10.1021/acscentsci.8b00383
摘要

Cell entry of anionic nano-objects has been observed in various types of viruses and self-assembled DNA nanostructures. Nevertheless, the physical mechanism underlying the internalization of these anionic particles across the negatively charged cell membrane remains poorly understood. Here, we report the use of virus-mimicking designer DNA nanostructures with near-atomic resolution to program "like-charge attraction" at the interface of cytoplasmic membranes. Single-particle tracking shows that cellular internalization of tetrahedral DNA nanostructures (TDNs) depends primarily on the lipid-raft-mediated pathway, where caveolin plays a key role in providing the short-range attraction at the membrane interface. Both simulation and experimental data establish that TDNs approach the membrane primarily with their corners to minimize electrostatic repulsion, and that they induce uneven charge redistribution in the membrane under the short-distance confinement by caveolin. We expect that the nanoscale like-charge attraction mechanism provides new clues for viral entry and general rules for rational design of anionic carriers for therapeutics.
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