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Autoren: Deng, Jie
Walther, Andreas
Titel: Autonomous DNA nanostructures instructed by hierarchically concatenated chemical reaction networks
Online-Publikationsdatum: 1-Jul-2022
Erscheinungsdatum: 2021
Sprache des Dokuments: Englisch
Zusammenfassung/Abstract: Concatenation and communication between chemically distinct chemical reaction networks (CRNs) is an essential principle in biology for controlling dynamics of hierarchical structures. Here, to provide a model system for such biological systems, we demonstrate autonomous lifecycles of DNA nanotubes (DNTs) by two concatenated CRNs using different thermodynamic principles: (1) ATP-powered ligation/restriction of DNA components and (2) input strand-mediated DNA strand displacement (DSD) using energy gains provided in DNA toeholds. This allows to achieve hierarchical non-equilibrium systems by concurrent ATP-powered ligation-induced DSD for activating DNT self-assembly and restriction-induced backward DSD reactions for triggering DNT degradation. We introduce indirect and direct activation of DNT self-assemblies, and orthogonal molecular recognition allows ATP-fueled self-sorting of transient multicomponent DNTs. Coupling ATP dissipation to DNA nanostructures via programmable DSD is a generic concept which should be widely applicable to organize other DNA nanostructures, and enable the design of automatons and life-like systems of higher structural complexity.
DDC-Sachgruppe: 540 Chemie
540 Chemistry and allied sciences
570 Biowissenschaften
570 Life sciences
Veröffentlichende Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Organisationseinheit: FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Veröffentlichungsort: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-7269
Version: Published version
Publikationstyp: Zeitschriftenaufsatz
Nutzungsrechte: CC BY
Informationen zu den Nutzungsrechten: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Zeitschrift: Nature Communications
12
Seitenzahl oder Artikelnummer: 5132
Verlag: Nature Publishing Group UK
Verlagsort: London
Erscheinungsdatum: 2021
ISSN: 2041-1723
DOI der Originalveröffentlichung: 10.1038/s41467-021-25450-5
Enthalten in den Sammlungen:JGU-Publikationen

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