L'influence de la séquence et de la dynamique des jonctions de Holliday sur l'auto-cristal d'ADN

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 3112 (2022) Citer cet article

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La synthèse programmable d'architectures cristallines conçues de manière rationnelle pour l'arrangement précis d'espèces moléculaires est un objectif fondamental de la nanotechnologie, et l'ADN est devenu l'une des molécules les plus importantes pour la construction de ces matériaux. En particulier, les jonctions d'ADN ramifiées ont été utilisées comme élément central pour l'assemblage de réseaux 3D. Ici, la cristallographie est utilisée pour sonder l'effet des 36 séquences de jonction Holliday immobiles sur les cristaux d'ADN à auto-assemblage. Contrairement au paradigme établi dans le domaine, la plupart des jonctions produisent des cristaux, certaines améliorant la résolution ou entraînant des symétries cristallines uniques. De manière inattendue, même la séquence adjacente à la jonction a un effet significatif sur les assemblages cristallins. Six des séquences de jonction immobiles sont complètement résistantes à la cristallisation et donc considérées comme "fatales", et les simulations de dynamique moléculaire révèlent que ces jonctions manquent invariablement de deux sites de liaison d'ions discrets qui sont essentiels à la formation de cristaux. Les structures et la dynamique détaillées ici pourraient être utilisées pour éclairer plus largement les conceptions futures des cristaux et des nanostructures d'ADN, et avoir des implications potentielles pour l'ingénierie moléculaire de la nanoélectronique appliquée, de la nanophotonique et de la catalyse dans le contexte cristallin.

La fabrication d'architectures 3D à base d'ADN hautement personnalisables pour l'organisation précise de matériaux à l'échelle nanométrique a été conceptualisée à l'origine par Seeman en 19821. Une variété de méthodologies permettant un auto-assemblage programmable ont été développées, y compris la fixation de lieurs d'ADN à la nanoparticule ( NP) surfaces2,3 pour la construction de réseaux 3D avec des configurations cristallines NP colloïdales définies par l'utilisateur4,5,6,7,8. Avec l'avènement de l'origami d'ADN9, des super-réseaux 3D de formes de grappes de nanoparticules ont été décrits10,11 ainsi que des réseaux d'origami 3D affichant une géométrie personnalisable pour héberger des espèces invitées12. Des cristaux de conception rationnelle basés sur le motif de "tenségrité"13 qui s'auto-assemblent avec des points de croisement de jonction à quatre bras conçus et une cohésion "d'extrémité collante" se sont également avérés capables d'être convertis en nanodispositifs14. Récemment, plusieurs motifs uniques avec des symétries cristallines distinctives, une résolution améliorée et, dans un cas, une séquence nucléotidique de jonction unique, ont été rapportés15,16,17,18.

L'application de jonctions à quatre voies pour les cristaux d'ADN 3D a été inspirée par la recombinaison génétique, dans laquelle un intermédiaire ramifié instable appelé jonction Holliday (HJ) est créé et subit ensuite une reconfiguration dynamique pour faciliter la recombinaison lors de la division cellulaire19. Les jonctions de Holliday ont été largement caractérisées structurellement20,21,22,23,24,25,26,27,28,29, et sont apparues comme un motif clé pour les assemblages et dispositifs à l'échelle nanométrique conçus de manière rationnelle dans la nanotechnologie structurelle de l'ADN1,30. glisser" et changer la longueur de leurs bras31,32, un processus connu sous le nom de migration de branche33. Cependant, l'introduction de séquences asymétriques au point de ramification immobilise efficacement la jonction et permet son utilisation dans la construction de nanostructures bien définies34. Bien qu'une variété de jonctions multibranches aient été utilisées35,36,37,38,39,40,41, le HJ à quatre bras reste le plus populaire.

Théoriquement, il existe 36 combinaisons de paires de bases de séquences immobiles. "J1" a été le premier à être conçu42,43 et a été utilisé presque exclusivement dans la construction de cristaux 3D auto-assemblés13,15,16,17 à une seule exception où "J10" a été utilisé18. Certains premiers travaux ont exploré l'influence de la séquence sur le tassement des jonctions en X empilé en utilisant des méthodes théoriques44,45 ou expérimentales46,47, mais à notre connaissance, aucune étude systématique des HJ immobiles n'a été réalisée. De plus, la relation entre la concentration ionique et la transition du HJ de la conformation ouverte à la conformation empilée est bien connue20,25,48,49,50,51; cependant, les études des effets de séquence sur la capacité à se lier aux ions sont limitées, ce qui fait de l'élucidation des paramètres structurels qui influencent la cristallisation et la symétrie une voie d'exploration souhaitable.

Dans ce travail, nous sondons de manière exhaustive la capacité des 36 séquences HJ immobiles à former des cristaux d'ADN dans deux systèmes conçus différents. Nos travaux ont révélé qu'une grande majorité des HJ immobiles permettent la cristallisation, certaines produisant des structures à plus haute résolution et une variété de symétries. La symétrie est également très sensible à la séquence des bras de jonction (tiges) plus éloignés du point de ramification, comme nous le démontrons à l'aide de séquences de tiges brouillées. Des sites de liaison d'ions uniques ont également été observés à deux positions conservées dans les structures. En effectuant des simulations de dynamique moléculaire (MD) de tous les 36 HJ en solution, nous montrons que ces sites sont essentiels pour la cristallisation, les jonctions "fatales" universellement non cristallisantes montrant une capacité nulle à lier les ions de cette manière. Bien que limitée par l'échantillonnage, la modélisation utilisée dans ce travail fournit une image fiable de la flexibilité dépendante de la séquence et des effets de solvant des 36 HJ immobiles en ce qui concerne les réseaux cristallins d'ADN auto-assemblés. Dans l'ensemble, le travail fournit une description rigoureuse et complète de la façon dont différentes séquences HJ immobiles, des modifications de séquences flanquantes et la capacité de la jonction à capturer des ions affectent profondément la conception rationnelle de systèmes auto-assemblés qui couvrent une multitude d'architectures d'ADN de concepteur.

Trois systèmes cristallins d'ADN à auto-assemblage distincts sont décrits dans ce rapport : les conceptions "4 × 5"15 et "4 × 6"16 (collectivement appelées les systèmes 4 × N), et une troisième construction avec un système "brouillé". variante de séquence des réseaux 4 × 6. L'auto-assemblage était médié par trois oligonucléotides constitutifs (Fig. 1a): (S1) contenant quatre séquences répétées de 5 ou 6 bases; (S2) composé de 21 bases contenant des régions complémentaires aux deux (S1); et (S3) qui forme le deuxième croisement de jonction (Fig. 1b). Chaque unité asymétrique peut être définie soit comme un HJ contenant 10 et 11 pb sur chaque bras, soit comme un duplex linéaire de 21 pb (Fig. 1 supplémentaire). Les deux versions ont été résolues en parallèle, donnant un total de 134 structures cristallines (tableau supplémentaire 1 pour la collecte de données et les statistiques de raffinement). Les réseaux cristallins contiennent des réseaux continus composés d'une série de "blocs" cristallins qui s'auto-assemblent en une série de duplex de 21 pb attachés par le brin 4 × N. Le HJ sert de composant fondamental au cœur de chaque unité, et l'assemblage ultime du réseau complet est facilité par les extrémités collantes complémentaires à 2 bases qui bordent chaque duplex. Les séquences "flanquantes" dans le 4 × 6 d'origine ont également été modifiées sur les côtés opposés pour identifier tout rôle que la séquence en aval pourrait jouer dans le comportement de cristallisation, indépendamment ou en conjonction avec la séquence HJ elle-même.

a Trois oligonucléotides assurent la médiation de la cristallisation de deux motifs d'auto-assemblage (4 × 5 et 4 × 6) avec une variante de séquence «brouillée». Un exemple représentatif d'un cristal 3D est montré. b La structure de la jonction Holliday est le bloc de construction clé pour l'assemblage et contient quatre bras utilisant deux oligonucléotides (S1; rouge) et (S3; tan) servant de brins croisés, avec S2 (vert) servant de troisième "linéaire" brin complémentaire de chaque côté. La région complémentaire de S1 contenait soit cinq ou six bases (N bp) sur chaque bras avant chaque croisement auquel point une séquence identique se répète dans chaque bras consécutif pour un total de quatre fois (4 × N) avant de recommencer la série (4 × 5 ou 4 × 6). S1 sert ensuite de brin d'échafaudage pour l'ensemble du réseau. c Le "bloc" de construction central qui facilite l'assemblage 3D. S1 relie quatre duplex de 21 pb avec la jonction Holliday (boîtée ; translucide) au cœur de la structure. L'oligonucléotide d'ADNsb linéaire de 21 bases (S2) comprend une moitié de chaque duplex avec le deuxième brin croisé (S3) flanquant chaque extrémité (encadré). Chaque duplex est suivi par des "extrémités collantes" complémentaires de 2 pb (astérisques) qui s'unissent pour former des réseaux 3D continus. d Bases représentatives où l'asymétrie de séquence a été imposée pour empêcher le "glissement" des brins pour créer 36 jonctions immobilisées. e Trois symétries uniques (P3221, P32 et R3) sont dictées par le brin d'échafaudage 4 × N travaillant de concert avec la séquence à chaque jonction immobile. f Les 36 séquences de jonction immobiles représentées dans un format de jonction Holliday ouvert avec chaque brin coloré conformément à (b). Les nucléotides sur chaque brin correspondant sont indiqués par les positions de séquence sur chaque oligonucléotide composant correspondant au schéma coloré en (d).

Ici, nous avons sondé l'espace de séquence de jonction en créant un panel de 36 HJ immobiles (Fig. 1f) dans chaque système tout en considérant un seul isomère fixe pour déterminer si des jonctions autres que J1 étaient capables de cristalliser et d'améliorer potentiellement la résolution, et d'identifier ceux qui s'est avéré fatal. Les séquences ont été explicitement définies sur chaque brin de jonction constituant (toutes les séquences d'oligonucléotides composants peuvent être trouvées dans les données supplémentaires 1 et le tableau supplémentaire 2), ou lorsqu'elles sont définies comme un duplex de 21 pb (Fig. 1, Fig. 2 supplémentaire et Fig. 3). Pour confirmer définitivement qu'une jonction est mortelle, un dépistage rigoureux (tableau supplémentaire 3) a été effectué pour classer de manière concluante chaque séquence (voir "Méthodes" dans les informations supplémentaires pour les détails techniques). Les structures résultantes contenaient trois symétries différentes (P3221, P32 et R3) qui sont décrites en détail ci-dessous (Fig. 1e, Fig. 4 supplémentaire).

La structure originale 4 × 5 contenant la séquence de jonction J1 a donné lieu à un réseau structurellement tendu, probablement en raison de l'enroulement vers le brin du composant central15. Le motif en couches a fourni un échafaudage bien défini à une résolution de 3,1 Å, mais l'apériodicité des cavités et les volumes correspondants seraient inadéquats pour les matériaux invités d'échafaudage. Nous avons émis l'hypothèse qu'il pourrait être possible d'introduire d'autres séquences immobiles uniques qui pourraient fournir de légères perturbations dans l'angle de jonction, pour potentiellement réduire la contrainte dans le système d'origine et produire un réseau périodique "relâché".

Le système 4 × 5 a cristallisé de manière robuste avec 75% des jonctions, et nous avons obtenu des cristaux dans toutes les séquences sauf 9 sur 36 (Fig. 5 supplémentaire et Tableau supplémentaire 4). Les jonctions J2 et J30 ont cristallisé, mais étaient de qualité insuffisante pour la solution de structure, et donc classées comme mortelles. Parmi les structures résultantes, 18 présentaient une symétrie P32 avec des dimensions cellulaires moyennes a = b = 68,85 Å c = 60,09 Å, avec seulement neuf conservant la symétrie P3221 originale avec des bords cellulaires moyens a = b = 68,17 Å c = 60,60 Å (tableau supplémentaire 5 ). Bien que les paramètres cellulaires entre les deux symétries soient pratiquement impossibles à distinguer (Fig. 2a, Fig. 6 supplémentaire), les différences entre la périodicité des réseaux sont dramatiques, avec des tailles de cavité très différentes (Fig. 2b, c). Alors que la résolution la plus élevée obtenue pour le système J1 était de 3,1 Å, dans environ la moitié des cristaux mesurés, les résolutions étaient de 3,05 Å ou mieux, et aussi élevées que 2,9 Å (J6) et 2,75 Å (J19), pour les symétries P32 et P3221 , respectivement (tableau supplémentaire 6).

a Structures superposées des jonctions J5 (tan) et J3 (rouge) 4 × 5 contenant respectivement les symétries P3221 et P32. L'alignement de la jonction avait une valeur RMSD globale de 1,34, avec des angles interduplex calculés de 58,18° et 55,20°, respectivement. Aucune différence visuelle significativement évidente n'est apparente; cependant, l'influence globale résultante qu'une différence même modeste d'angle peut avoir sur l'emballage global est évidente en (b, c). b Instantané du réseau complet J5 P3221 (4 × 5) contenant un réseau apériodique de cavités qui ne se prêteraient pas à l'échafaudage de molécules invitées de toute taille appréciable. Les deux cavités de taille unique sont représentées par des cases noires. Les largeurs pour chaque cavité respective sont indiquées. Chaque cavité s'étend sur la longueur d'une section transversale d'un duplex (~ 2,0 nm). Des vues alternatives du réseau, y compris des mesures dans chaque orientation, sont incluses dans la Fig. 8 supplémentaire. c Instantané du réseau complet J3 P32 (4 × 5) qui révèle des réseaux radicalement différents de grandes cavités périodiques par rapport à son homologue J5 en (b). Une seule cavité est mise en évidence avec une boîte noire d'une largeur de 4,0 nm et couvrant également la longueur d'une section transversale d'un duplex (~ 2,0 nm). Des vues alternatives du réseau comprenant des mesures dans chaque orientation sont incluses dans la Fig. 8 supplémentaire.

Les volumes de cavité des réseaux P3221 ont été calculés sur la base des bords de 3 nm des pores le long de l'axe de symétrie triple du cristal avec une hauteur de prisme triangulaire de 6,1 nm, correspondant à l'axe c moyen de la cellule unitaire ( Fig. 7 supplémentaire). Le réseau apériodique contenait des cavités d'une largeur de 1,0 et 1,7 nm à des intervalles alternés et produisait des volumes de pores extrêmement petits d'environ 24 nm3 (Fig. 2b; Fig. 7a supplémentaire). Les canaux P32 ont été traités comme un prisme hexagonal avec 6,4 nm le long de chaque bord et une hauteur mesurée du haut vers le bas de chaque bloc avec l'axe c moyen = 6,0 nm (Fig. 7b supplémentaire), avec un volume résultant de ~ 639 nm3, une augmentation de près de 27 fois de la taille de la cavité par rapport aux réseaux P3221. Les coordonnées PDB de jonction pour chaque type de symétrie ont été regroupées et leurs angles ont été analysés dans DSSR52. Les angles moyens à travers toutes les jonctions au sein des groupes étaient de 56, 05 ° (σ = 1, 63) et 56, 59 ° (σ = 1, 50) pour le P32 et le P3221, respectivement (tableau supplémentaire 7). Nous émettons l'hypothèse que même une petite différence dans les angles de jonction pourrait avoir un effet global significatif sur l'assemblage du réseau, éliminant ainsi la contrainte dans les réseaux P3221.

En parallèle, nous avons utilisé le système J1 4 × 6 précédemment rapporté (3,05 Å), avec une symétrie P3216. Les 36 séquences de jonction ont toutes été examinées et des jonctions systématiquement mortelles ont été identifiées. Dix-sept des 36 jonctions se sont cristallisées avec succès, soit un taux de réussite de 47 % (Fig. 8 supplémentaire et Tableau supplémentaire 8). Contrairement au motif 4 × 5, presque toutes les séquences de jonction 4 × 6 avaient une forte préférence pour la cristallisation dans des tampons contenant des sels ≥ 2,0 M (par exemple, LiCl, Li2SO4, KCl et NaCl), la majorité préférant des conditions de pH légèrement basiques en acide cacodylique (tableau complémentaire 9). Nous n'avons constaté aucune amélioration appréciable de la résolution ; cependant, dans cinq cas (J4, 5, 31, 33 et 36), la jonction a modifié la symétrie de trigonale (P32) à rhomboédrique (R3). De plus, J4 et J36 ont cristallisé exclusivement dans R3, mais J5, 31, 33 ont montré la capacité de cristalliser à la fois dans P32 et R3 (Fig. 9 supplémentaire). Dans ces scénarios, R3 préférait de faibles concentrations d'ions divalents et de solvants organiques, et P32 nécessitait une teneur élevée en sel (tableau supplémentaire 10) avec des réseaux radicalement différents (figure supplémentaire 10). Par rapport aux jonctions qui n'ont pas produit de cristaux dans le système 4 × 5, six jonctions (J11, 12, 13, 17, 18 et 27) se sont toujours avérées fatales (tableau supplémentaire 11), et nous suggérons que ces séquences pourraient être envisagé des options imprudentes pour les futures décisions de conception.

Les constantes de cellule moyennes pour les cristaux de P32 étaient a = b = 68,29 Å c = 55,68 Å. L'axe c, en particulier, était d'environ 5 Å plus court et présentait un degré de variabilité beaucoup plus élevé (σ = 1, 97) que ceux qui ont cristallisé à l'aide du motif 4 × 5 (tableau supplémentaire 12). La large gamme de l'axe court s'étendait de 52, 77 à 60, 36 Å, et nous postulons que les longueurs d'axe flexibles pourraient être responsables de rendre un plus grand nombre de jonctions fatales que le système 4 × 5. Dans les cristaux contenant la symétrie R3, la cellule moyenne pour chacun était a = b = 114,9 Å c = 49,77 Å avec l'axe c confiné à un régime plus serré (σ = 0,75). Les volumes de la cavité étaient également nettement différents des volumes de la cavité P32 (~ 614, 7 nm3) par rapport à ~ 532, 1 nm3 dans la structure R3 plus dense (voir la Fig. 11 supplémentaire pour les détails du calcul). Les angles de jonction moyens de 54,60 ° (σ = 1,44) et 58,37 ° (σ = 2,3) pour les symétries P32 et R3, respectivement (tableau supplémentaire 13), ainsi que leur préférence pour les sels ou les solvants organiques, étaient probablement les principaux facteurs contributifs qui a donné les réseaux divergents.

Étant donné que le système 4 × 6 produisait une symétrie R3 dans 5 des 17 jonctions, nous avons examiné si les séquences en aval adjacentes à la jonction pouvaient jouer un rôle dans l'efficacité de cristallisation, l'angle de jonction et la préférence de symétrie, ou si le HJ seul était le déterminant singulier. Pour étudier cette possibilité, nous avons conçu des séquences "brouillées" avec des substitutions de bases ciblées (Fig. 12 supplémentaire), tout en maintenant la teneur en GC, le long de chaque "tige" (Fig. 3a, b). Contrairement à la préférence de tampon observée avec les cristaux de P32 natifs, les systèmes brouillés présentaient une préférence exclusive pour les tampons à faible teneur en sel (Fig. 13 supplémentaire et Tableau supplémentaire 14), tout comme les cristaux de R3 natifs. Remarquablement, seuls J1 et J2 ont conservé la symétrie P32, tous les autres donnant un réseau R3 (tableau supplémentaire 15). Il convient également de noter que J1 et J2 (P32), ainsi que les systèmes R3, partageaient également une préférence pour les conditions à faible teneur en sel, contrairement aux cristaux P32 d'origine. Ce changement de préférence de tampon suggère que le contenu de la séquence globale peut en effet influencer le comportement d'auto-assemblage. De plus, nous avons observé de modestes améliorations de la résolution, atteignant jusqu'à 2,7 Å en J36. Notamment, toutes les jonctions empêchant la cristallisation par rapport à leur homologue d'origine sont restées fatales (tableau supplémentaire 16) et toutes les dimensions et volumes relatifs de la cavité sont restés inchangés (figures supplémentaires 14 et 15).

a Stereoview d'une superposition de la structure de jonction J10 utilisant le motif de séquence 4 × 6 original avec la symétrie P32 (gris), avec la version de séquence brouillée contenant la symétrie R3 (bleu sarcelle). Les séquences modifiées étaient situées dans les deux régions souches en aval (1 et 2; indiquées) contenant le même contenu en GC que la version originale de la séquence 4 × 6. L'effet de la séquence brouillée sur la géométrie de la jonction est visuellement apparent lors de la comparaison des régions Stem 1 et 2 superposées. La différence spectaculaire d'angle de jonction et son influence sur la symétrie sont évidentes (Fig. 15 supplémentaire). b Stéréovue d'une représentation en bâton des structures J10 superposées dans (a) avec tous les sites de modification de base entre la version originale et la version de séquence brouillée des structures 4 × 6 J10 sont indiquées dans les tiges 1 et 2. Des astérisques sont inclus pour attirer l'attention sur le régions d'extrémité collantes qui divergent de manière significative en raison apparente des angles induits par les séquences de tiges modifiées. Les atomes sont indiqués par les éléments suivants : carbone (bleu sarcelle), azote (bleu), oxygène (rouge) et phosphate (orange). Toutes les régions contenant une séquence identique sont laissées translucides.

Le rôle des effets de séquence à plus longue portée sur les angles de jonction reste une question largement ouverte, mais l'effet dans notre système cristallin est significatif. Il semblait n'y avoir qu'une différence marginale dans les longueurs moyennes des cellules dans les cristaux de brouillage R3 (a = b = 113,04 c = 51,10; tableau supplémentaire 17) par rapport aux séquences natives 4 × 6 (tableau supplémentaire 12): le a, b l'axe tendait ~ 2 Å plus court et c ~ 1, 3 Å plus long, alors que dans les cas J1 et J2, les cristaux étaient en bon accord avec le motif 4 × 6 d'origine. Les angles moyens des cristaux R3 et P32 étaient respectivement de 61,00° (σ = 1,21) et 58,05° (σ = 1,39). Bien que l'angle moyen dans les cristaux R3 soit supérieur de près de 3 ° à ceux de la séquence native (tableau supplémentaire 18), l'angle de la séquence brouillée est calculé à partir d'une taille d'échantillon plus grande que l'angle plus petit calculé dans les structures natives 4 × 6 (58,37 °), avec un écart-type significativement plus grand (2,33). En revanche, l'angle calculé pour les cristaux de P32 était de 58,05 ° (n = 2, σ = 1,39), contre 54,60 ° (n = 16, σ = 1,44), une moyenne moins précise en raison d'une petite taille d'échantillon. postuler que 54,60 ° reflète plus étroitement les angles moyens observés dans les systèmes 4 × 6.

Nous avons précédemment signalé15 la présence d'ions arsenic à deux positions opposées (Pos1 & 2, Fig. 16 et 17 supplémentaires) de la jonction, en raison de l'acide cacodylique contenu dans le tampon de cristallisation (Fig. 4). Dans un certain nombre de cas, nous avons également observé un regroupement d'ions (Pos3; Fig. 17 supplémentaire) dans le petit sillon voisin de Pos2, mais nous n'avons partagé aucune interaction apparente avec la jonction. Pos1 et 2 étaient facilement observables dans les cartes de densité électronique sur l'un ou les deux sites conservés dans un nombre important de structures, sans respect apparent du motif ou de la symétrie (Fig. 4). Bien que dans la majorité des cas, les jonctions individuelles, quels que soient les paramètres de conception, avaient une préférence pour la cristallisation dans l'acide cacodylique dans le régime de pH de 6,0 à 6,5, tous les cristaux n'étaient pas limités à cette exigence. Dans le système 4 × 5, J25 et J34, tous deux présentant une symétrie P32, cristallisés dans un tampon Tris 50 mM pH = 8,0 contenant de l'hexamine de cobalt (CoH18N6) et 10 mM MgCl2, et 50 mM HEPES pH = 7,5 avec 20 mM MgCl2, respectivement. Seul le cobalt pouvait expliquer les différents pics dans les cartes Fo–Fc dans J25, alors que dans J34, et J22 et J23 dans les systèmes de brouillage 4 × 6 et 4 × 6, respectivement, contenaient du Mg2+. Les ions modélisés étaient facilement superposables et bien coordonnés à Pos1 et 2 (Fig. 18 supplémentaire).

Vue stéréoscopique, utilisant J21 dans le système 4 × 5, la densité électronique 2Fo – Fc représentant les bases des régions de croisement est profilée à σ = 2,0, et les positions ioniques individuelles 1 et 2 (indiquées Pos1 et Pos2) sont indépendamment profilées dans la densité électronique correspondante à σ = 4,0. La présence d'arsenic sur ces sites a été confirmée en transférant les cristaux dans du TAE-Mg2+ (Tris 40 mM, acétate 20 mM et EDTA 1 mM pH = 8,6), puis en congelant les cristaux. Les cristaux ont été balayés au bord de l'arsenic K (λ = 1,04 Å) où le pic d'arséniate correspondant était présent. Aucun autre composant dans les tampons de cristallisation ne pouvait expliquer les pics résultants dans les cartes de différence Fo – Fc pour les ions à leurs sites correspondants. Les atomes sont indiqués par les éléments suivants : carbone (gris), azote (bleu), oxygène (rouge), phosphate (orange) et arsenic (sphères vertes).

Des simulations MD entièrement atomiques ont été effectuées pour les 36 HJ immobiles afin d'explorer leur dynamique en solution et de comparer les propriétés des jonctions cristallisantes et non cristallisantes (voir la section "Méthodes" dans les informations supplémentaires pour plus de détails techniques). Dans plus de 224 μs de simulations, les performances du champ de force ont été jugées satisfaisantes, car des appariements de bases stables et des topologies hélicoïdales de forme B ont été observés en accord avec nos expériences cristallographiques et des études antérieures28, 53, 54, 55. Les simulations ont révélé des différences relativement mineures dans la dynamique interhélicoïdale entre les 36 HJ immobiles. Nous présentons les valeurs d'angle médianes, ainsi que les histogrammes des populations d'angles dans le tableau supplémentaire 19 et la figure supplémentaire 18, respectivement. L'angle interhélicoïdal a rapidement fluctué à l'échelle de la microseconde, reflétant la plus grande liberté conformationnelle des HJ en solution. Sa valeur médiane était généralement inférieure à celle observée dans les cristaux d'ADN auto-assemblés rapportés dans ce travail, reflétant probablement une véritable influence des environnements respectifs (réseau cristallin vs solution libre), car les valeurs de simulation sont plus cohérentes avec celles rapportées. pour les structures radiographiques des HJ isolés56. Pourtant, pour la majorité des HJ, la différence était inférieure à 5°. Nous notons que les valeurs et les distributions d'angle interhélicoïdal les plus inhabituelles ont été observées pour les jonctions J11 et J18, qui n'ont jamais cristallisé. La dynamique interhélicoïdale excessive et les préférences d'angle incompatibles avec la structure du réseau pourraient être un facteur contribuant à l'inhibition de la croissance cristalline pour ces deux jonctions spécifiques.

La différence la plus significative entre les jonctions individuelles observées dans les simulations MD était leur capacité à former des sites distincts de liaison des ions potassium près du point de ramification de la jonction. Dans tous les cas, l'ion a formé un pont entre le phosphate juste au point de ramification et une ou deux bases les plus proches. Ces sites étaient en bon accord avec les sites Pos1 et Pos2 observés dans les structures cristallines expérimentales (Figs. 4 et 5a). Étant donné que les atomes de base des paires de bases des points de ramification étaient impliqués dans la coordination des ions, les sites de liaison aux ions étaient très différents parmi les 36 HJ immobiles. La différence la plus évidente et la plus frappante était que les HJ qui ne se sont jamais cristallisés dans nos expériences (J11, 12, 13, 18 et 27) étaient également ceux qui n'ont systématiquement montré aucune capacité à former ces sites spécifiques de liaison aux ions dans les simulations. J17, qui n'a jamais non plus cristallisé, l'a fait dans une partie négligeable (0, 02%) de tous les cadres de simulation (Fig. 5b). Tous les autres HJ se sont cristallisés dans nos expériences et ont formé ces sites de liaison d'ions dans nos simulations dans une certaine mesure (Fig. 5b). L'incidence moyenne de liaison dans les jonctions non mortelles était de 0,53 (σ = 0,28), ce qui suggère que la capacité à capturer des ions est essentielle à la capacité de cristalliser les HJ immobiles. Nous supposons que le site de liaison aux ions du point de ramification pourrait stabiliser l'échange de brins d'ADN lors de la formation du réseau et ainsi faciliter la croissance cristalline. Cette hypothèse est étayée par le fait que les jonctions incapables de former ce site de liaison aux ions, ou celles qui le font à un degré moindre, sont par conséquent parmi celles qui soit ne font pas du tout croître de cristaux, soit sont plus sensibles à la cristallisation. conditions. La seule exception était J7 qui, malgré la possession d'une séquence de points de ramification appropriée pour ce faire, n'a pas formé le site de liaison aux ions dans les simulations ou les expériences, mais était toujours capable de cristalliser.

a Structures superposées de la structure cristalline 4 × 5 J10 (gris translucide) avec un instantané de la simulation J10 en solution (tan). Les sites de liaison de l'arsenic (sphères vertes) dans la structure cristalline près du point de ramification se chevauchent avec les sites de liaison du potassium (sphères bleues) formés spontanément dans les simulations de la structure de la solution. b Graphiques montrant l'incidence de la capture d'ions près du point de ramification dans les simulations des 36 séquences de jonction. Les jonctions "fatales" consensus (J11, 12, 13, 17, 18 et 27) ne montrent aucune capacité de capture d'ions à l'exception de J17 (astérisque) qui l'a fait à un degré négligeable par rapport aux jonctions cristallisantes. Toutes les autres jonctions résultant en cristaux ont démontré la capacité de capture d'ions à un degré significatif, avec une seule valeur aberrante (J7, diamant). J7 a cristallisé de manière robuste, mais n'a montré aucune capacité à capturer des ions dans les expériences et les simulations, ce qui suggère que la liaison des ions n'est pas essentielle pour la cristallisation de cette jonction unique.

Initialement, il pourrait y avoir une contradiction apparente associée à la présence expérimentalement détectée d'arsenic à partir d'un anion cacodylate dans la région où les simulations localisent les cations K + (Fig. 5). Cependant, nous suggérons que ces observations peuvent être conciliées. À notre connaissance, toutes les structures expérimentales des HJ dans la base de données PDB signalées par divers groupes indépendants suggèrent que les cations (par exemple, Na +, Mg2 +, Sr2 +, Ba2 +) devraient se lier à cet endroit. Ce résultat est cohérent avec le potentiel d'interaction moléculaire hautement négatif (Fig. 20 supplémentaire) calculé ici, qui est une caractéristique des sites de liaison aux cations. Cependant, dans la majorité des structures cristallines rapportées ici, l'anion cacodylate s'intègre en effet le mieux dans la carte de densité électronique de nos structures aux rayons X, en raison de la présence de cacodylate de sodium dans la solution de cristallisation (Fig. 21 supplémentaire). Aucun autre élément tampon ne pourrait former de distances de contact raisonnables à cet endroit avec la jonction elle-même. Une description complète des preuves expérimentales complètes de cet arsenic a été décrite dans nos travaux précédents15. Ce résultat apparemment contre-intuitif peut être rationalisé de plusieurs manières : Premièrement, le cacodylate pourrait être stabilisé sur ce site par une liaison hydrogène et des interactions avec le solvant, qui sont tous deux connus pour assurer la stabilisation de la liaison anionique même dans les régions avec des potentiels de surface négatifs57,58 . Deuxièmement, il pourrait y avoir un ou plusieurs contre-ions sodium associés (caténés) au cacodylate sur ce site. Les anions cacodylate sont connus pour former des interactions avec des segments chargés négativement d'acides nucléiques de cette manière59,60. Enfin, il pourrait y avoir plusieurs ions Na + (le contre-ion du cacodylate) présents autour de l'anion. En raison de la résolution nominale de nos structures, qui est de l'ordre de ~3 Å, il n'est pas possible d'identifier sans ambiguïté toutes les espèces en interaction, ni de décrire complètement la coordination exacte, telle que l'implication des molécules d'eau et Na+ . La liaison de Na + pourrait compenser ou même surcompenser la charge négative du cacodylate, recréant efficacement le site commun de liaison aux cations observé dans les simulations et autres structures expérimentales. Les ions Na+ sont souvent fluctuants et leurs exigences de coordination sont flexibles, ce qui les rend totalement invisibles pour nous. De plus, comme le suggèrent les simulations, il pourrait y avoir des dynamiques locales importantes qui obscurcissent les densités avec la moyenne. Les simulations antérieures de MD ont signalé des sites de liaison Na+ très variables, allant de rigides à dynamiques, autour des acides nucléiques61, et il est tout à fait possible que des cations Na+ invisibles puissent relier l'anion cacodylate aux groupes carbonyle et phosphate de l'ADN. Bien que l'incapacité à décrire le site d'interaction plus en détail soit une limitation des travaux actuels, il est tout à fait clair que l'hébergement des ions à cet endroit est une exigence stricte pour que la jonction se stabilise et se cristallise efficacement.

Dans ce travail, nous avons rapporté une étude systématique des 36 séquences HJ immobiles sur deux systèmes cristallins différents, des découvertes qui peuvent, en principe, être étendues à n'importe quel cristal d'ADN 3D et potentiellement à d'autres types d'architectures d'ADN. Nous montrons que J1 (ou toute autre jonction) ne doit pas être considérée comme une option privilégiée pour concevoir des réseaux auto-assemblés. Au lieu de cela, une multitude d'autres combinaisons de séquences discutées ici devraient être explorées, nombre d'entre elles offrant des performances potentiellement supérieures. Nous faisons l'observation essentielle que plusieurs jonctions - y compris J11, 12, 13, 17, 18 et 27 - sont universellement fatales à la cristallisation et devraient être évitées dans les futures conceptions de cristaux, à moins que d'autres isomères ne soient peut-être envisagés. Une autre observation majeure est l'importance des séquences de la région souche en dehors du HJ, étant donné que cette séquence peut contrôler la symétrie cristalline et l'architecture du réseau, et améliorer la résolution de manière non évidente. Nous avons également élucidé le rôle clé de la coordination des ions dans la conduite de ces effets. L'extension des nanostructures d'ADN à des assemblages plus grands - pour les cristaux d'ADN, ainsi que les réseaux 1D et 2D, et potentiellement les systèmes d'origami d'ADN - nécessitera probablement de prendre en compte les effets dépendant de la séquence à la fois au niveau des géométries de tige et de HJ. Enfin, les distributions d'angle obtenues à partir de nos études MD sur les jonctions peuvent améliorer la précision des modèles à gros grains et des outils de conception de la nanotechnologie de l'ADN pour représenter plus précisément les nanostructures.

En résumé, nos résultats expérimentaux sont corroborés par la simulation MD à plus grande échelle (agrégat de 224 μs) réalisée à ce jour sur les HJ. Les simulations ont élucidé le rôle de la flexibilité dépendante de la séquence et des effets du solvant sur les conformations HJ. Ce travail démontre également que la séquence HJ joue un rôle non négligeable dans la capacité des cristaux d'ADN à se former et peut influencer considérablement la symétrie cristalline. En outre, nous avons fourni une étude systématique et complète de la structure de la séquence sur les systèmes cristallins d'ADN auto-assemblés utilisant les 36 jonctions. Enfin, l'étude a révélé de manière inattendue des interactions moléculaires spécifiques (liaison ionique) utilisant à la fois des paramètres expérimentaux et de modélisation, ce qui n'a jamais été réalisé à cette échelle.

Tous les oligonucléotides ont été achetés chez Integrated DNA Technologies (Coralville, Iowa) et purifiés par électrophorèse sur gel de polyacrylamide dénaturant à 14 % (PAGE) ou HPLC. Après purification, l'ADN en culot a été remis en suspension dans de l'H2O nanopure et lavé 5 fois à l'aide de filtres de coupure de poids moléculaire de 3 kDa (Amicon) pour éliminer tout sel restant. Un stock des brins à trois composants (S1:S2:S3) a été réalisé avec des concentrations finales de 30:120:120 µM pour chaque construction. La méthode de diffusion de vapeur en goutte assise a été réalisée avec des plaques Cryschem (Hampton Research) en utilisant une adaptation d'un écran de cristallisation d'ADN interrompu d'un fournisseur commercial (Sigma Aldrich) contenant une matrice clairsemée de 48 conditions (tableau supplémentaire 3). 500 µL de chaque condition correspondante ont été ajoutés à chaque réservoir, et un volume de goutte total de 6 µL a été préparé contenant un mélange d'un rapport 2:1 de stock d'ADN à la solution de réservoir correspondante avec une concentration finale de goutte de 30 µM. Pour les jonctions où la cristallisation était difficile, plusieurs cycles de criblage utilisant le crible à matrice clairsemée à 48 conditions (tableau supplémentaire 3) ont été effectués en faisant varier les conditions telles que la concentration d'ADN, le pH du tampon, la concentration de sel et les temps de recuit pour permettre une détermination fiable de l'efficacité de la jonction. Les plaques ont ensuite été placées dans un incubateur réfrigérant (Torrey Pines Scientific, Carlsbad, CA), et laissées s'équilibrer à 60 °C pendant 1 h, puis refroidies en utilisant un gradient linéaire à 25 °C à une vitesse de 0,3 °C/h . Les cristaux résultants ont été imagés à l'aide d'un microscope optique (Figs. 6, 9, 10 supplémentaires), puis cryo-protégés à l'aide d'une mère artificielle additionnée de 30% de glycérol par ajout direct à la goutte. Les cristaux ont ensuite été récoltés à l'aide de cryo-boucles (Hampton Research) et cryo-refroidis par immersion immédiate dans un bain d'azote liquide. Toutes les données ont été recueillies dans un courant froid d'azote (100 K) aux lignes de lumière correspondantes indiquées dans le tableau supplémentaire 1.

Toutes les données de diffraction ont été traitées dans HKL200062, et les phases initiales ont été calculées en utilisant le remplacement moléculaire dans Phaser63 à partir de la suite de programmes PHENIX64 avec les structures J1 4 × 5 5KEK et 6X8C, comme modèles de recherche initiaux pour les structures duplex et de jonction, respectivement , et les structures J1 4 × 6 5VY6 et 6XNA pour les structures duplex et de jonction contenant la symétrie P32 dans ce système, respectivement. Cependant, à quelques exceptions près, la majorité des cristaux de symétrie 4 × 6 R3 nécessitaient un autre modèle R3 de l'un de ses homologues comme modèle de recherche idéal. Plusieurs cycles de construction de modèles ont été effectués dans Coot, le modèle initial étant d'abord traité comme un seul corps rigide, suivi de cycles itératifs ultérieurs utilisant un raffinement restreint dans REFMAC65 à partir de CCP466, ainsi que l'espace réel et le calcul des coordonnées XYZ dans phenix.refine. Tous les ions ont été modélisés dans des régions de densité de différence Fo – Fc avec un niveau de contour ≥ σ = 3,0 et raffinés. Les occupations atomiques et les calculs du facteur B ont ensuite été affinés, ainsi qu'un recuit simulé pour conclure l'affinement. Tous les modèles raffinés ont utilisé un ensemble Rfree contenant 5 à 10 % des réflexions uniques pour chaque structure. Les coordonnées et les facteurs de structure, totalisant 134 structures uniques, ont été déposés dans la Protein Data Bank (PDB), et les codes d'accession correspondants sont répertoriés dans le tableau supplémentaire 20. Les statistiques de collecte et de raffinement des données sont toutes résumées dans le tableau supplémentaire 1 qui est divisé selon à leurs systèmes cristallins respectifs. Tous les textes principaux et les figures de structure des informations supplémentaires contenus dans ce rapport ont été préparés à l'aide de PyMOL67.

Nous avons utilisé la structure de la jonction J1 cristallisée en géométrie de réseau 4 × 5 (PDB:5KEK)15 comme structure de départ pour toutes les simulations. Chaque bras du HJ a été étendu pour contenir au moins huit paires de bases, les parties étendues des hélices étant extraites des cellules adjacentes du réseau cristallin. La construction résultante contenait 64 nucléotides et a été utilisée comme structure initiale pour les simulations de toutes les 36 séquences de jonction immobiles, en remplaçant les paires de bases des points de ramification en conséquence. Nous avons utilisé le module xLeap d'AMBER1868 pour préparer la topologie et les fichiers de coordonnées. Le dernier champ de force ADN AMBER OL1569 a été utilisé dans toutes les simulations rapportées. Lors de la révision, nous avons également testé le champ de force ADN parmbsc1 alternatif70 pour un sous-ensemble des HJ ; cependant, avec bsc1, nous avons détecté une population significative de conformations de squelette β/γ g + /t non natives et éventuellement fausses (voir la Fig. 22 supplémentaire et le texte qui l'accompagne (Discussion supplémentaire 1). Cette observation est également cohérente avec les rapports récents71. Nous suggérons donc que pour le système actuel, le champ de force OL15 pourrait être le choix optimal Chaque structure HJ a été solvatée dans une boîte octaédrique de molécules d'eau SPC / E72 avec une distance minimale de 16 Å entre le soluté et la bordure de la boîte (Fig supplémentaire 23). La concentration en sel de 0,15 M a été établie par l'ajout d'ions KCl73. Les positions relatives des ions ont ensuite été comparées aux sites ioniques dans les structures cristallines. Bien que les conditions MD et la description de la liaison des ions ne soient pas identiques aux conditions expérimentales , les simulations devraient refléter de manière assez réaliste les propensions globales relatives des différentes séquences à former le site de liaison aux ions Ensuite, nous avons effectué l'équilibrage de pré-production et la minimisation de chaque système. La première minimisation a été réalisée avec une contrainte positionnelle de 25 kcal/mol/Å2 placée sur l'ADN suivie d'une course d'équilibrage utilisant la même contrainte positionnelle dans laquelle le système a été chauffé de 100 à 300 K sur l'échelle de temps de 10 ps. Cela a ensuite été suivi par une série de six minimisations et essais d'équilibrage avec 5, 4, 3, 2, 1, et enfin, 0,5 kcal/mol/Å2 de retenue de position placée sur l'ADN. Chaque minimisation consistait en 500 étapes en utilisant la méthode de descente la plus raide suivie de 500 étapes en utilisant la méthode du gradient conjugué. Chaque équilibrage, sauf le premier, a été effectué pendant 5 ps. Pour toutes les jonctions autres que J1, une étape de minimisation supplémentaire a été effectuée au début pour optimiser la géométrie initiale des paires de bases des points de branchement. Des simulations de production ont été réalisées avec le pmemd.cuda74, en utilisant des conditions aux limites périodiques et un ensemble NPT, et le protocole de simulation standard75. La durée de chaque simulation était de 1 μs et quatre simulations indépendantes ont été effectuées pour les 36 jonctions. Les simulations des HJ sélectionnés ont ensuite été étendues jusqu'à 20 μs pour vérifier la convergence (Fig. 24a, b supplémentaires). Les analyses ont été effectuées avec cpptraj et VMD76,77, en utilisant l'ensemble de simulation combiné de chaque jonction individuelle. Les angles interhélicoïdaux des jonctions dans les simulations ont été mesurés en tant que paramètres Jtwist selon la définition précédemment décrite par Watson et al.56 où les deux axes hélicoïdaux des bras hélicoïdaux empilés de la jonction sont représentés par un vecteur et le Jtwist calculé comme leur point produit angulaire. Notez que nos simulations ont échantillonné des transitions entre des jonctions droites et gauches qui, cependant, ont les mêmes valeurs de Jtwist attribuées par Watson et al. définition de 2004. Pour différencier la latéralité, nous avons défini un vecteur supplémentaire perpendiculaire au point de ramification de la jonction, puis l'avons utilisé pour calculer le produit d'angle de point avec le vecteur de produit croisé des deux vecteurs représentant les axes hélicoïdaux. La valeur de ce deuxième angle de point a ensuite été utilisée pour différencier la latéralité de la jonction avec des valeurs supérieures et inférieures à 90° correspondant respectivement aux jonctions à droite et à gauche. Les valeurs Jtwist des structures gauchères ont ensuite été normalisées par −1.

De plus amples informations sur la conception de la recherche sont disponibles dans le résumé des rapports de recherche sur la nature lié à cet article.

Toutes les coordonnées et les facteurs de structure générés dans cette étude ont été déposés dans la base de données RCSB Protein Data Base sous les codes d'accession suivants (structures duplex 4 × 5 : J1-5KEK, J3-6WQG, J5-6WRB, J6-6X8B, J7-6WSN, J8-6WSO, J9-6WSP, J10-6WSQ, J14-6WSR, J15-6WSS, J16-6WST, J19-6WSU, J20-6WSV, J21-6WSW, J22-6WSX, J23-6WSY, J24-6WSZ, J25- 6WT0, J26-6WRJ, J28-6WRI, J29-6WT1, J31-6WRC ; structures de jonction 4 × 5 : J1-6X8C, J3-6XDV, J5-6XDW, J6-6XDX, J7-6XDY, J8-6XDZ, J9- 6XEI, J10-6XEJ, J14-6XEK, J15-6XEL, J16-6XEM, J19-6XFC, J20-6XFD, J21-6XFE, J22-6XFF, J23-6XFG, J24-6XFW, J25-6XGM, J26-6XFX, J28-6XFY, J29-6XFZ, J31-6XG0, J32-6XGJ, J33-6XGN, J34-6XGO, J35-6XGK, J36-6XGL ; structures duplex 4 × 6 avec symétrie P32 : J1-5VY6, J2-7JPB, J5 -7JPA, J7-7JPC, J8-7JP9, J10-7JP8, J16-7JP7, J20-7JP6, J22-7JP5, J23-7JON, J24-7JOL, J26-7JOK, J28-7JOJ, J30-7JOI, J31-7JOH , J33-7JOG ; structures de jonction 4 × 6 à symétrie P32 : J1-6XNA, J2-7JFT, J5-7JFU, J7-7JFV, J8-6XO5, J10-7JFW, J16-7JFX, J20-7JH8, J22-7JH9, J23-7JHA, J24-7JHB, J26-7JHC, J28-6XO6, j30-6XO7, J31-6XO8, J33-6XO9 ; Structures duplex 4 × 6 à symétrie R3 : J4-7JRY, J5-7JRZ, J31-7JS0, J33-7JS1, J36-7JS2 ; Structures de jonction 4 × 6 à symétrie R3 : J4-7JHR, J5-7JHS, J31-7JHT, J33-7JHU, J36-7JHV ; Structures duplex brouillées 4 × 6 : J1-7JKD, J2-7JKE, J3-7JKG, J5-7JKH, J7-7JKI, J8-7JKJ, J10-7JKK, J14-7JL9, J16-7JLA, J19-7JLB, J21-7JLC , J22-7JLD, J23-7JLE, J24-7JLF, J26-7JNJ, J30-7JSB, J31-7JSC, J33-7JNK, J34-7JNL, J36-7JNM ; Structures de jonction de brouillage 4 × 6 : J1-7JK0, J2-7JJZ, J3-7JJY, J5-7JJX, J7-7JJW, J8-7JJ6, J10-7JJ5, J14-7JJ4, J16-7JJ3, J19-7JJ2, J21-7JIQ , J22-7JIP, J23-7JIO, J24-7JIN, J26-7JIM, J30-7JI9, J31-7JI8, J33-7JI7, J34-7JI6, J36-7JI5). De plus, tous les codes d'accès correspondants peuvent être trouvés dans le tableau supplémentaire 20. Les fichiers d'entrée et de sortie pour les données de simulation MD générées dans cette étude ont été déposés dans la base de données Zenodo sous le code d'accès : 6381939. Les données brutes de trajectoire de simulation MD sont disponibles sur demande en raison de la grande taille des ensembles de données.

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Les résultats présentés dans ce rapport sont dérivés des travaux effectués à la source de photons d'Argonne (APS), à la source de lumière avancée (ALS) et à la source de lumière synchrotron nationale II (NSLS-II). Le centre de biologie structurale ANL (SBC) à la source de photons avancée (SBC-CAT) est exploité par UChicago Argonne, LLC, pour le département américain de l'énergie (DOE), Office of Biological and Environmental Research sous le contrat DE-AC02-06CH11357. Le Berkeley Center for Structural Biology est soutenu en partie par le Howard Hughes Medical Institute. L'ALS est une installation utilisateur du Bureau des sciences du DOE sous le contrat n° DE-AC02-05CH11231. Les lignes de lumière ALS-ENABLE sont soutenues en partie par le NIH, National Institute of General Medical Sciences (NIGMS), subvention P30 GM124169. Résultats des lignes de lumière AMX (17-ID) et FMX (17-BM) au NSLS-II, qui est une installation utilisateur du DOE Office of Science exploitée pour le DOE Office of Science par le Brookhaven National Laboratory sous le contrat n° DE-SC0012704. La ressource de recherche sur les technologies biomédicales des sciences de la vie est principalement soutenue par le NIH, le NIGMS par le biais d'une subvention P41 de ressources de recherche sur les technologies biomédicales (P41GM111244), la Division de la recherche sur les matériaux de la National Science Foundation (NSF2004250) et par le Bureau de la recherche biologique et environnementale du DOE (KP1605010 ). Ce travail a été soutenu en partie par des projets SYMBIT reg. numéro CZ.02.1.01/0.0/0.0/15_003/0000477 financé par le FEDER (MK et JS) et 21-23718S par la Fondation scientifique tchèque (MK et JS). NS reconnaît les fonds de démarrage de l'Arizona State University. HY, NS et PS remercient chaleureusement le soutien de la National Science Foundation Division of Materials Research (NSF2004250). HY a également été soutenu par le Presidential Strategic Initiative Fund de l'Arizona State University.

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Chad R. Simmons, Tara MacCulloch.

Biodesign Center for Molecular Design and Biomimetics, Arizona State University, 1001S. McAllister Ave, Tempe, Arizona, 85287, États-Unis

Chad R. Simmons, Tara MacCulloch, Michael Matthies, Alex Buchberger, Ilyssa Crawford, Petr Šulc, Nicholas Stephanopoulos et Hao Yan

École des sciences moléculaires, Arizona State University, Tempe, AZ, 85287, États-Unis

Tara MacCulloch, Alex Buchberger, Ilyssa Crawford, Petr Šulc, Nicholas Stephanopoulos et Hao Yan

Institut de biophysique de l'Académie tchèque des sciences, Královopolská 135, 612 65, Brno, République tchèque

Miroslav Krepl & Jiří Šponer

Centre régional des technologies avancées et des matériaux, Institut tchèque de technologie avancée et de recherche (CATRIN), Université Palacky Olomouc, Slechtitelu 241/27,783 71, Olomouc, République tchèque

Miroslav Krepl & Jiří Šponer

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CRS et HY ont conçu le projet. TM, AB et IF ont purifié tout l'ADN et préparé tous les cristaux utilisés dans le travail sous la direction de CRS et NS, et CRS a effectué toutes les analyses de données cristallographiques et la solution et le raffinement de la structure. MK, JS et PS ont conçu toutes les expériences de simulation de dynamique moléculaire, et l'analyse des données de simulation a été effectuée par MK L'analyse expérimentale de tous les angles de jonction a été effectuée par MM sous la direction de PS Tous les auteurs ont discuté des résultats et fourni des commentaires sur le manuscrit , CRS et TM ont préparé tous les chiffres, et CRS, MK, NS et HY ont rédigé l'article.

Correspondance à Nicholas Stephanopoulos ou Hao Yan.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature Communications remercie Vlasis Mavrantzas et les autres examinateurs anonymes pour leur contribution à l'examen par les pairs de ce travail. Les rapports des pairs examinateurs sont disponibles.

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Réimpressions et autorisations

Simmons, CR, MacCulloch, T., Krepl, M. et al. L'influence de la séquence et de la dynamique de la jonction Holliday sur l'auto-assemblage des cristaux d'ADN. Nat Commun 13, 3112 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-30779-6

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Reçu : 27 octobre 2021

Accepté : 04 mai 2022

Publié: 03 juin 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41467-022-30779-6

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